Les polyphénols sont un groupe de métabolites secondaires communément trouvés dans l’alimentation et plus de 500 composés différents sont retrouvés dans plus de 450 denrées alimentaires. Au cours des 30 dernières années, de nombreuses études in vitro et chez l’animal ont suggéré un rôle bénéfique des polyphénols dans des maladies chroniques comme le cancer 1-3. Les études épidémiologiques basées majoritairement sur des questionnaires alimentaires sont cependant plus contradictoires 4-6. De nouvelles méthodes sont requises pour quantifier un plus grand nombre de composés dans une même série afin de réaliser des études épidémiologiques à grande échelle. Le but de cette thèse est de développer des méthodes de quantification d’une large gamme de polyphénols représentatifs des principales classes et sous-classes de polyphénols dans le sang et urine, d’évaluer les excrétions urinaires de polyphénols et leurs associations avec la consommation d’aliments source dans une population Européenne, d’évaluer les concentrations dans le sang dans une étude cas-témoin sur cancer colorectal dans l’étude prospective européenne sur le cancer et la nutrition (EPIC). Après une brève présentation des polyphénols et du cancer colorectal dans le chapitre II, une méthode originale basée sur la dilution isotopique différentielle et l’analyse en spectrométrie de masse est développée pour quantifier 38 polyphénols dans l’urine et présentée dans le chapitre III. Cette méthode est basée sur un marquage différentiel en 12C et 13C des polyphénols grâce à une dérivatisation par les isotopes du chlorure de dansyl. Différentes conditions pour l’hydrolyse des polyphénols conjugués, l’extraction et la dérivatisation des aglycones ont été évaluées et la méthode a été validée pour la mesure de 37 polyphénols. Les niveaux d’excrétion urinaire de ces 37 polyphénols mesurés chez 475 individus de la cohorte EPIC issues de quatre pays européens sont présentés dans le chapitre IV. Une grande variabilité d’excrétion urinaire dans les quatre pays Européens a pu être montrée et des corrélations significatives avec la consommation de certains aliments source de ces composés ont été observées suggérant l’utilisation possible de plusieurs de ces polyphénols en tant que biomarqueurs de l’alimentation. Une méthode d’analyse pour les mêmes 37 polyphénols également basée sur la dilution isotopique différentielle est développée, validée et appliquée à 1618 échantillons dans la cohorte EPIC (chapitre V). Les changements majeurs en comparaison de la méthode sur la matrice urinaire sont essentiellement les difficultés d’hydrolyse des polyphénols conjugués et des effets de matrice importants mais réduits par la méthode de dilution isotopique. Enfin l’étude des associations entre l’exposition aux polyphénols mesurée à l’aide des marqueurs plasmatique avec le risque de cancer colorectal a été conduite dans une étude cas-témoin nichée dans la cohorte EPIC et est présentée dans le chapitre VI. Une association inverse entre les concentrations plasmatiques d’equol, et une association positive entre l’acide homovanillique et le risque de cancer du côlon ont été trouvées. Les résultats obtenus constituent une nouvelle base pour des applications futures dans le domaine de l’épidémiologie des polyphénols / Polyphenols are secondary plant metabolites found in diet and more than 500 different compounds are found in more than 450 foods. Along the last 30 years, many in vitro and animals studies have suggested a beneficial role of polyphenols in chronic diseases such as cancer. However, epidemiological studies based mainly on dietary questionnaires are inconsistent. New methodologies with broader polyphenol coverage are required to quantify a large diversity of compounds within large scale epidemiological studies.The goal of this thesis is to develop methods to quantify a large number of polyphenols representative of the main classes and sub-classes in blood and urine, evaluate urinary excretions of polyphenols and their association with food consumption in an European population, evaluate concentrations in blood in a nested case-control study on colorectal cancer within the European prospective investigation study on cancer and nutrition (EPIC).After a short presentation of polyphenols and colorectal cancer in chapter II, an original method based on differential isotopic dilution and analyse by tandem mass spectrometry is developed to quantify 38 polyphenols in urine and presented in chapter III. This method is based on differential 12C-/13C- isotope labelling of polyphenols through derivatisation with isotopic dansyl chloride reagents. Different conditions for enzymatic hydrolysis of conjugated polyphenols, extraction and dansylation of unconjugated aglycones have been tested, optimized and validated for the measure of 37 polyphenols.Urinary excretion levels of these 37 polyphenols in 475 subjects within EPIC cohort from 4 European countries are presented in chapter IV. Large urinary excretion variability in the 4 European countries has been shown and significant correlations with the consumption of specific food containing polyphenols have been observed suggesting the possible used of some polyphenols as biomarker for food consumption.A similar method on plasma for the 37 polyphenols, based on differential isotopic dilution, is developed, validated and applied to 1618 samples within the EPIC cohort (Chapter V). Main changes compared to the method developed on urine are essentially difficulties to hydrolyse conjugated polyphenols and huge matrix effects but reduced by the isotopic dilution method.Finally, the study on the association between polyphenols exposure measured owing to plasmatic marker with colorectal cancer risk has been driven in a nested case-control study within the EPIC cohort and is presented in chapter VI. An inverse association between plasmatic concentrations of equol, and a positive association between homovanillic acid and colon cancer risk have been found.Results obtained constitute a new approach for future applications in large scale epidemiology study on polyphenols

Les résidus de médicaments font partie des polluants dits « émergents » pour lesquels il n’existe actuellement pas de réglementation quant à leur présence dans l’environnement. Afin d’anticiper un risque éventuel pour l’Homme et les milieux aquatiques il est, entre autres, nécessaire de réaliser un état des lieux de la contamination des systèmes aquatiques par ce type de micropolluants. Dans ce contexte, disposer de données de mesures de qualité (traçables et comparables) constitue un prérequis indispensable pour décider au mieux des politiques à conduire dans ce domaine. L’étude des psychotropes présente un enjeu important d’autant plus qu’il s’agit de molécules abondamment consommées.Les travaux conduits lors de cette thèse avaient deux objectifs principaux. Le premier était de caractériser l’occurrence environnementale de composés psychotropes. Le second objectif était de proposer des outils métrologiques permettant d’assurer l’exactitude, la traçabilité, la comparabilité mais également la représentativité des résultats de mesure.Dans un premier temps, une méthode multi-résidus par SPE-LC-MS² a été développée pour une sélection de composés psychotropes et d’autres médicaments de consommation courante. Les limites de quantification de la méthode étaient de l’ordre du ng.L-1. Cela a permis de caractériser leur occurrence dans différents cours d’eau et rejets de station d’épuration en France. En parallèle, une approche par échantillonnage intégratif a été développée et déployée dans différents sites. Cette stratégie complémentaire a permis d’établir les niveaux d’occurrence des 68 psychotropes et traceurs sélectionnés et de conduire une démarche de hiérarchisation dans le but d’établir une liste restreinte de composés d’intérêt. Enfin, une méthode de référence associant la dilution isotopique à la spectrométrie de masse (DI-MS) a été développée pour l’analyse de 24 psychotropes dans les eaux de surface. Elle se caractérise par des incertitudes élargies (k=2) inférieures à 10%. La mise en oeuvre de cette méthode dans des études environnementales a permis de mettre en évidence l’importance de la contribution de l’incertitude liée à l’échantillonnage par rapport à l’incertitude totale de mesure. / Pharmaceuticals and their residues belong to the so-called “emerging” pollutants for which no current regulation is applied regarding their presence in the environment. Monitoring the contamination of aquatic resources by these kinds of micropollutants is a necessity in order to anticipate potential effects regarding human health and ecosystems. In this context, data quality (traceability and comparability) is compulsory so as to take better decisions regarding policies to be driven. Psychotropic compounds, which are widely consumed, display a great concern in that field.This thesis aimed at characterizing occurrence of psychotropic compounds in the environment and putting forward metrological tools insuring accuracy, traceability, comparability as well as representativity of the measurement results.To that purpose, a SPE-LC-MS² multi-residue method has been developed for a selection of psychotropic compounds and other commonly consumed drugs. Method limits of quantification were in the range of ng.L-1 which enabled to characterize their occurrence in several surface waters and treated wastewaters. Concurrently, usage of integrative samplers was evaluated and applied on the field in different locations. Occurrence levels of 68 selected compounds were established by implementation of this complementary strategy in aquatic systems. Furthermore, results from measurement campaigns were used to rank studied compounds into a short list of interest. Finally, a reference method using isotopic dilution and mass spectrometry (DI-MS) was developed for the characterization of 24 psychotropic compounds in surface waters. Expanded uncertainties (k=2) inferior to 10% were obtained. Last be not least, implementing this method to environmental analysis emphasized the importance of sampling related uncertainties regarding to global measurement uncertainties.

An injection technique, in which undisturbed soil cores are labelled with ³²P to study dissolution of phosphate fertilisers in the soil, was evaluated in field and glasshouse trials. When ³²P was injected between 0-150 mm depths of the undisturbed soil columns and fertilisers applied at the surface, the amounts of fertiliser P dissolved, as measured by the increases in the exchangeable P pools, were overestimated. Three possible reasons were suggested: (i) the interaction between surface-applied fertiliser, ³²P injected through the whole soil column, and the vertical decline in root density, (ii) the decline of specific activity in the exchangeable P pool due to losses of ³²P to nonexchangeable P pools and continuous addition of P from fertiliser dissolution, and (iii) non-uniform distribution of ³²P vis-a-vis ³¹P phosphate. The injection technique may be employed to assess the effectiveness of phosphate fertilisers by introducing a concept, the fertiliser equivalent (FE). The FE is a measure of the amounts of soil exchangeable P that the fertilisers are equivalent to in supplying P to plants, when applied at the specific location. Soluble single superphosphate (SSP) applied at the surface of undisturbed grassland soil cores (Tekapo fine sandy loam), was much more effective than surface-applied unground North Carolina phosphate rock (NCPR) and 30% acidulated NCPR with phosphoric acid (NCPAPR) within the 56 day period of plant growth. An isotopic dilution method, based on tracer kinetic theory, was developed to study the rates of dissolution (F in) and retention (F out) of phosphate fertilisers in the soil in growth chamber experiments. The estimation of F in and F out required labelling of the soils with carrier-free ³²P and determination of the corresponding values of the specific activities of the exchangeable P pools, SA₁ and SA₂, and the sizes of the exchangeable P pools, Q₁ and Q₂, at times t₁ and t₂. Most of the phosphate in the monocalcium phosphate (MCP) solution entered the exchangeable P pool immediately after addition to the soils (Tekapo fine sandy loam and Craigieburn silt loam), and there was little further phosphate input. With increasing periods of incubation, the phosphate was quickly transformed to less rapidly exchangeable forms. In the soils treated with ground North Carolina phosphate rock (<150 µm, NCPR) or partially acidulated (30%) NCPR with phosphoric acid (NCPAPR), the initial exchangeable P pools were not as large as those in the soils treated with MCP, but were maintained at relatively stable concentrations for extended periods, due to the continuous dissolution of PR materials and to lower rates of pretention. An increase in P-retention caused a slight rise in the rate of PR dissolution, but also a rise in the rate of P-retention by the soil. The rate of dissolution was higher at a lower application rate in relative terms, but smaller in absolute terms. The trends in the changes of plant-available P in the soils, measured by the water extractable P, Bray I P and Olsen P, correspond to those predicted by the F in and F out values. The average rates of dissolution between 1-50 and 50-111 days estimated by the F in, however, were higher than those estimated by extractions with 0.5 M NaOH followed by 1 M HCl, and with 0.5 M BaCl₂/TEA. This is partly because the Fin values reflect a plant growth effect on PR dissolution. The relative agronomic effectiveness of NCPR and NCPAPR with respect to MCP was higher after 50 and 111 days of incubation than after 1 day. The F in values were included in all the two-variable models constructed by stepwise regression to describe the relationship between plant P uptake and soil measurements. The amounts of variation in plant P uptake accounted for by the regression model was significantly improved by including F in in the model. This indicates the importance of fertiliser dissolution rates in affecting soil P supply, when phosphate fertilisers differing in solubility are applied.