En Afrique Sub-Saharienne, les problématiques de contamination de la ressource en eau par les pesticides et les résidus pharmaceutiques commencent à être mises en évidence. La problématique de la thèse porte sur la caractérisation de l’impact des activités humaines sur la qualité de la ressource en eau, par l’étude de la contamination par les pesticides et les résidus pharmaceutiques. Le site d’étude choisi est le bassin versant de la Méfou, qui draine la capitale du Cameroun, Yaoundé. Dans un premier temps, le site est caractérisé par ses spécificités environnementales (relief, occupation des sols) et sociodémographiques afin d’identifier les pressions anthropiques. Les pratiques d’agriculture urbaine, et en particulier le maraîchage intensif dans les bas-fonds entraîneraient l’utilisation massive de pesticides. L’absence d’assainissement efficace et les multiples latrines, drains et fosses septiques constitunt autant de sources diffuses de contamination par les résidus de médicaments. En prenant le cas des pesticides, une méthode cartographique a permis de confirmer l’hypothèse selon laquelle les parcelles agricoles pourraient être identifiées comme des sources de pollution diffuses de pesticides via le ruissellement. La méthode multicritère SIRIS-Pesticides de l’INERIS (Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques) appliquée sur deux scénarios de pratiques agricoles indique un potentiel transfert des pesticides ciblés vers les eaux de surface. Afin de conforter ces hypothèses, deux diagnostics de pollution ont été réalisés entre 2015 et 2018 en saisons pluvieuses, couplant des méthodes d’échantillonnages ponctuels et passifs. Une liste de 32 pesticides et de 24 résidus pharmaceutiques a été recherchée dans les eaux de surface et les eaux souterraines du bassin de la Méfou. Les résultats généraux indiquent (i) de fortes concentrations en herbicides et en anti-inflammatoires non stéroïdiens ainsi que la détection et la quantification d’une large gamme de composés recherchés, (ii) une contamination bien plus marquée en milieu urbain qu’en milieu péri-urbain, (iii) un risque environnemental à ces concentrations pour deux herbicides (diuron et atrazine) et (iv) la contamination de certains points d’eau souterraine (forages, puits, sources) par les résidus pharmaceutiques. Une enquête sociologique réalisée autour des points d’eau de prélèvement a permis d’identifier les enjeux liés à l’utilisation de cette ressource en eau. La contamination des eaux souterraines pourrait entraîner une exposition potentielle des populations aux résidus pharmaceutiques présents dans leur eau de boisson. Les résultats principaux constituent donc une base d’information sur les pressions anthropiques, les niveaux de contamination et les enjeux liés à l’eau à Yaoundé. Ils soulèvent des questionnements sur (i) les transferts des pesticides et des résidus médicamenteux dans l’hydrosystème de la Méfou, et (ii) à propos de l’exposition et des risques sanitaires potentiels posés par leur occurrence et leurs niveaux de contamination dans la ressource en eau. / Demographic growth and urbanization create pressure on water resources. Among urban contaminants, pesticides and pharmaceuticals can be discharged into the aquatic environment through agricultural activities and untreated waste waters. Their presence is also reported in global water bodies. Measured contamination levels can have ecotoxicological effects on aquatic organisms as well as on human populations. In Sub-Saharan Africa, these problems are beginning to be highlighted. Local agricultural practices and consumption of pharmaceuticals lead to specific concerns.The aim of this thesis is to identify and characterize the impacts of human activity on the quality of the water resource in urban Sub-Saharan Africa, by analyzing pesticide and pharmaceutical contamination. The study area was the Méfou watershed that drains the political capital of Cameroon, Yaoundé (Center Region).First, the study area was characterized by its environmental (reliefs, land use) and socio-demographic specificities to identify anthropogenic pressures. Urban agricultural practices and in particular the intensive market gardening in the humid lowlands involves the use of massive amounts of pesticides. The absence of a sewage system and the numerous pit-latrines, drains and septic tanks are the sources of diffuse pharmaceutical contamination.Using the example of pesticides, a contaminated runoff mapping method based on susceptibility maps (from the IRIP method) confirmed that some treated plots located in situations that favor runoff were sources of diffuse pesticide contamination. Several areas in the study basin can accumulate this polluted runoff. Next, the multi-criteria SIRIS-Pesticides method from INERIS was applied based on two agricultural scenarios constructed with data sources from the literature. Results pointed to the potential transfer of pesticides from crops to both surface and groundwater.To reinforce these hypotheses, two water quality surveys were conducted in the rainy season between 2015 and 2018, combining grab and passive sampling. Thirty-two pesticides and twenty-four pharmaceuticals were searched for in surface and groundwater in the Méfou watershed. The main results indicate that (i) high concentrations of herbicides and analgesics were detected and quantified in the water samples along with a wide range of targeted compounds; (ii) the contamination pattern showed that the urban area is more polluted than the peri-urban area of Yaoundé; (iii) the measured concentrations pose an environmental risk, in particular the herbicides atrazine and diuron; and (iv) some groundwater sampling points used for drinking water were contaminated by the targeted pharmaceuticals.A social survey conducted in March 2018 around the sampling points identified the risks related to water use. The lack of a sewage system and the discharge of untreated waste water into the immediate surroundings facilitate contamination of the sampling sites. As groundwater is used as an alternative to the tap water network in Yaoundé, the population is also exposed to the risk of pharmaceutically contaminated drinking water.The main results provide baseline information about anthropogenic pressures, contamination levels and related issues in Yaoundé. They raise questions about (i) the transfer of contaminants in the Méfou hydrosystem and (ii) population exposure and potential health risks due to their presence and to the levels of contamination of the water resources.

En milieu naturel, évaluer l’effet des contaminants sur les organismes aquatiques s’avère difficile dû aux nombreux facteurs (température, oxygénation, prédation, parasitisme, …) agissant sur les organismes. Le but de ces travaux de thèse était alors de tester la possibilité de détecter et hiérarchiser les effets de divers facteurs naturels et anthropiques sur des individus prélevés in situ. Le modèle d’étude utilisé était l’anguille Européenne (Anguilla anguilla) et Américaine (Anguilla rostrata). Pour appréhender les effets in situ des polluants, nous avons tenté d’identifier des gènes pour lesquels le niveau de transcription était spécifiquement corrélé à un polluant ou un facteur naturel mesuré sur le terrain au moyen de deux outils transcriptomiques : le séquençage haut débit et la puce à ADN. Les profils transcriptomiques obtenus à partir des foies d’anguilles directement prélevées sur le terrain ont été comparés dans un deuxième temps, à ceux obtenus à partir d’individus exposés au laboratoire à divers facteurs naturels et anthropiques de façon séparée. La comparaison de ces profils a montré une différence notable des réponses des individus exposés en laboratoire et ceux prélevés in situ, soulevant un effet non négligeable du stress induit par la captivité en mésocosme. La réalisation d’une étude similaire en utilisant la nageoire caudale comme méthode non invasive s’est révélée pertinente dans la capacité de cet organe à discriminer les différentes conditions expérimentales et de terrain. L’utilisation de la puce sur des gonades d’anguilles européennes maturées artificiellement a indiqué que la pollution pourrait affecter les capacités de reproduction des futurs géniteurs et contribuer alors au déclin massif de cette espèce observé depuis les dernières décennies. / In the natural environment, assessing the impact of contaminants on aquatic organisms remains difficult due to many factors (temperature, oxygenation, predation, parasitism, ...) acting on organisms. The purpose of this thesis was then to test the ability to detect and prioritize the effects of various natural and anthropogenic factors on individuals sampled in the natural environment. The models used were the European (Anguilla anguilla) and American (Anguilla rostrata) eels. To understand the effects of pollutants in situ, weat tempted to identify genes for which the transcription level was correlated to a specific pollutant or a natural factor measured in the field with two transcriptomic tools: high through put sequencing and DNA microarray. Transcriptomic profiles obtained from livers of eels taken directly from the field were compared in a second phase to those obtained from individuals exposed in the laboratory to various natural and anthropogenic factors separately. Comparison of these profiles showed a significant difference in responses of individuals exposed in the laboratory and those collected in the field, showing a significant effect induced by captivity mesocosm stress. Conducting a similar study using the tail fin as a non-invasive method was relevant for the ability of this tissue to discriminate different experimental and field conditions. Finally, the use of the microarray on the gonads of artificially matured European eels indicated that the pollution could affect the reproductive capabilities of futures pawners and contribute to massive decline of this species observed in last decades.

Les rapports entre sociétés et rivières sont marqués par des bouleversements environnementaux qui interrogent les modalités, plus ou moins institutionnalisées et systématisées, de la production de connaissances et de la définition de pratiques légitimes. Récemment, ces interpellations se sont affirmées et cristallisées autour de l’approche et des concepts portés par l’hydromorphologie. La plus grande considération de ce cadrage théorique au sein de modes de penser et d’agir engendre de nombreux remaniements. En découle notamment, la remise en question d’une gestion des cours d’eau basée sur leur maîtrise et leur stabilisation, au profit d’une approche privilégiant l’expression de la dynamique fluviale. Cette thèse propose un examen de la dynamique qui a permis d’ériger l’hydromorphologie en une préoccupation formalisée et prépondérante. Puis, elle s’attache à montrer, comment l’hydromorphologie traduit les évolutions des rapports entre sociétés et rivières au travers de trajectoires conjointes marquées par des pratiques, des matérialités et des adaptations réciproques. Elle entend également mettre en avant comment cette nouvelle configuration théorique et pratique perturbe, tout au moins à l’heure actuelle, ce qui paraissait légitime et rationnel, et nécessite une recomposition des valeurs et des intentionnalités que les communautés riveraines manifestent à l’égard des cours d’eau. Cette thèse rend finalement compte de la manière dont l’action publique et ses instruments s’adaptent et s’inventent au regard d’une plus grande prise en compte de l’hydromorphologie afin de tendre vers ce à quoi celle-ci invite : redéfinir les modalités d’une existence conjointe entre rivières et sociétés riveraines. / The relationship between societies and rivers is marked by environmental changes that question the modalities, more or less institutionalized and systematized over time, used to generate knowledge and to define legitimate practices. Recently, these questions have emerged and crystallized around the approach and concepts supported by hydromorphology. The greater consideration of this theoretical framework within ways of thinking and acting leads to many changes. In particular it follows that river management based on the control and stabilization of rivers is challenged in favour of an approach based on the expression of the river dynamics. This thesis proposes, first, a review of the processes which helped made it into a formal and decisive issue. Then the thesis aims to show through how hydromorphology represents and reflects the changes in the relationship between people and rivers through joint trajectories marked by practices, materiality and reciprocal adaptation throughout unique timescales and spatiality. It also intends to highlight, through an analysis of the representations of hydromorphological functioning of the river, how this new theoretical and practical configuration disturbs, at least currently, what seemed legitimate and rational until this day, and requires a restructuring of values and intentionality that riparian communities display in respect of watercourses. Finally, this thesis accounts for how public policy and its instruments are faced with new expectations, both cognitively and operationally, how they adapt and reinvent themselves in the light of a greater consideration of hydromorphology towards what it calls for: redefining the terms of a joint existence between the rivers and riparian societies.

Le Rhin a subi d’importantes modifications qui ont altéré la biodiversité de l’ensemble de la plaine alluviale. Des actions de restauration ont été initiées pour lui redonner une part de son fonctionnement hydromorphologique naturel. Le travail de thèse a consisté à évaluer les effets de ces restaurations et à mettre en évidence les processus mis en jeu dans les changements de la biocénose des milieux restaurés. Les résultats ont démontré que les communautés biologiques sont non seulement gouvernées par les modifications physiques post-restauration mais aussi par l’influence discrète de déterminants externes à la restauration tels que les invasions biologiques ou la dynamique interne du fleuve. L’aspect transitoire des bénéfices obtenus a été souligné comme la principale limite de l’injection sédimentaire alors que les épis transversaux artificiels mis en place dans le cadre d’un essai d’érosion maitrisée se sont révélés être les facteurs de durabilité des effets écologiques. / The Rhine River has undergone major engineering works that led to severe alterations which helped to alter the biodiversity of the entire floodplain. Restoration actions have been initiated to give it back a part of its natural hydro morphological functioning. The thesis consisted in evaluating the effects of these restorations and in highlighting the mechanisms and processes involved in biocoenosis changes of the restored environments. The results also showed that the post-restoration biological community is not only defined by post-restoration physical changes but also by the discrete influence of external determinants of restoration such as biological invasions or the internal dynamics of the river. The transitional aspect of the benefits incurred has been identified as the main limit of the gravel augmentation, while the implementation of transverse artificial groynes in the controlled bank erosion has proved to be factors of sustainability of the ecological effects.

Classiquement étudié par différentes disciplines scientifiques, le domaine de l'eau est au cœur des préoccupations environnementales contemporaines. En Europe, l'évaluation et le suivi de l'état écologique des "masses d'eau" sont désormais exigés par la législation communautaire, la directive cadre sur l'eau (DCE - 2000/60/CE) fixant des objectifs pour leur préservation ou leur restauration le cas échéant. Dans ce contexte, des expériences d'utilisation de l'imagerie satellitaire en appui au suivi écologique des eaux se sont succédées en Europe, notamment pour les masses d'eau côtières et pour les grands lacs. Malgré cela, la précision spatiale de l'imagerie utilisée pour ce type de suivi ne permet pas l'observation fine de secteurs littoraux très proches de la côte ou de lacs avec une surface réduite (par ex. inférieure à 5 km²). Pour ces espaces aquatiques particuliers, pourtant très nombreux, l'utilisation de la télédétection satellitaire est moins sollicitée. Cette recherche doctorale a été réalisée sur une zone littorale réunissant plusieurs de ces espaces aquatiques peu investigués par la télédétection satellitaire. Situé à la frontière orientale de l'Europe et à distance égale du pôle nord et de la ligne de l'équateur, le delta du Danube, en tant qu'espace naturel remarquable, bénéficie de différents statuts de protection (réserve de biosphère, site RAMSAR, patrimoine mondial naturel de l'UNESCO). Ceux-ci s'expliquent en grande partie par la forte diversité d'espaces aquatiques aussi bien sur la plaine deltaïque que sur la zone côtière adjacente (bras de fleuve, chenaux, lacs, baies, golfes, marais, îles-barrières). Ce continuum hétérogène, constituant l'hydrosystème du delta du Danube, et son prolongement en mer côtière, sont l'objet principal de ce doctorat. La notion d'échelle occupe une place centrale dans notre démarche d'analyse puisque l'on est à l'intersection de deux grands systèmes (le bassin versant du Danube et la mer Noire) dont les étendues sont de deux ordres de grandeurs plus vastes que celle du delta ; la dimension temporelle est aussi fondamentale dans la mesure où les processus de morphogénèse et de remaniement (naturels et anthropiques) se font fortement ressentir et se traduisent par une mobilité importante des formes de relief ainsi que des éléments de l'hydrographie deltaïque. Au delà des évolutions sur le moyen et long terme, la variabilité spatio-temporelle contemporaine des eaux au pas de temps intra-annuel (saisonnier et intra-saisonnier), jusque-là peu étudiée, a également été appréhendée dans cette thèse. Par son côté exploratoire, la mise en place d'une chaîne de traitements d'images satellitaires adaptée à l'étude des eaux deltaïques représente, en soi, l'objectif méthodologique principal de ce doctorat. Dans cette voie, différents lots d'images ont été mobilisés : en fonction des fluctuations du niveau d'eau du Danube, nous avons retenu la période 2006-2009, étudiée à travers un total de 85 images satellitaires, dont 52 à moyenne résolution spatiale (MERIS) et 33 à haute résolution spatiale (ALOS AVNIR-2, SPOT HRVIR, Landsat TM et ETM+) ; à ce premier lot s'ajoute une soixantaine de prises de vue "historiques" couvrant la période comprise entre 1972 et 2005 (capteurs de la série Landsat MSS, TM et ETM+), ainsi que, pour la période plus récente, cinq images Landsat TM de 2010 et 2011. Trois procédés distincts mais complémentaires ont été mis en œuvre pour traiter cet ensemble hétérogène d'images. L'analyse intégrée des résultats obtenus avec des données hydrologiques et météo-océanographiques nous a permis d'apporter des nouveaux éléments de compréhension sur le fonctionnement actuel et passé du delta du Danube. / The Danube River and its contributors cross nineteen European countries before reaching the West coast of the Black Sea. In the context of the Black Sea drainage basin, the Danube River is the most important source of liquid and solid discharges. The fluvial-marine contact zone is quite large because Danube splits up itself into multiple distributaries across a wide deltaic plain (4,142 km²) shared among Romania and Ukraine. Vast areas of compact reedbeds usually surround the three hundred freshwater lakes of the delta. Many of these shallow lakes are connected to channels or canals providing turbid water from the Danube, while others depend on flood events to be supplied by the turbid waters coming from the river. Important seasonal growth of floating and submerged macrophytes also occurs in the majority of the lakes. Thus, Danube Delta presents a complex hydrosystem which has been greatly modified since the first navigation works in the nineteenth century. Since the beginning of the nineties, the Danube Delta became a Biosphere Reserve (MAB-UNESCO), a RAMSAR site and was included on the list of the World Natural Heritage (UNESCO). Analyzing spatial patterns in complex environments, like Danube Delta and its coastal zone, requires non traditional approaches. Remote sensing multi-sensor techniques offer reliable advantages to observe and understand intricate processes operating on different space-time scales and especially in large areas with difficult and sometimes restricted access (e.g. Biosphere Reserve core areas). The main methodological objective of this thesis was to create a procedure for processing heterogeneous optical satellite images. By studying the Danube Delta area (hydrosystems principally) through different space-time scales, we worked with several types of high and moderate spatial resolution images. Based on Danube water levels, we analyzed 85 satellite images from the period 2006-2009 (52 medium resolution images - MERIS and 33 high resolution images - ALOS AVNIR-2, SPOT HVIR, Landsat TM / ETM+). This main satellite data set was completed with more than sixty "historical" images (1972-2005) acquired with the Landsat sensors (MSS, TM and ETM+). Three distinct, but complementary, approaches were used to process the satellite images. The integrated analysis of the satellite results with hydrological and meteo-oceanographical data series enabled us to bring new elements of explanation about the past and present dynamics of Danube Delta.