Les nanotechnologies sont en plein essor grâce aux nombreuses innovations et opportunités industrielles qu’elles offrent. Les nanomatériaux manufacturés (NM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières, bien différentes de celles des matériaux conventionnels. A ce jour, un grand nombre d'incertitudes demeurent sur les effets des NM, qui se retrouvent libérés accidentellement ou non dans l’environnement. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR NanoSALT et a été réalisée dans 2 laboratoires partenaires : LIEC (Metz) et MMS (Angers- Nantes). Les objectifs étaient d'évaluer en milieu aquatique, l'impact de NM d’argent et de dioxyde de cérium sur deux espèces de bivalves couvrant un large gradient de salinité, Corbicula fluminea et Scrobicularia plana. Les organismes ont été exposés à des doses chroniques et réalistes de ces NM à différents stades de leur cycle de vie et à différentes salinités. Les recherches ont été menées en laboratoire, en utilisant des conditions d'exposition de plus en plus réalistes d'un point de vue environnemental (micro- et mésocosmes). Ce travail montre l’impact de la salinité sur les caractéristiques physico-chimiques et le devenir des NM. L’évaluation de l’écotoxicité des NM sur les deux modèles biologiques en intégrant plusieurs marqueurs biochimiques et comportementaux (approche multi-biomarqueurs) a permis de mettre en évidence l’effet des NM au travers du continuum eau douce-eau de mer sur ces organismes bivalves. / Due to numerous innovations and industrial opportunities, increased attention is given to nanotechnology. Nanomaterials present particular physico-chemical properties, largely different in comparison to the bulk material. A large number of uncertainties remains on accidental (or not) release of engineered nanomaterials (ENM) at different stages of the value chain (usage, end of life) in aquatic environment. In the framework of the ANR NanoSALT program, this PhD has been achieved in two partner laboratories (LIEC (Metz) and MMS (Angers-Nantes)). The aim was to assess the impact of silver and cerium dioxide ENM on two bivalve species living across a large salinity gradient, Corbicula fluminea and Scrobicularia plana. Organisms have been exposed to realistic and chronic ENM concentrations at different stage of the value chain and at different salinities. Research have been conducted in laboratory using more and more realistic exposure conditions (micro and mesocosm). This work highlight salinity impact on physico-chemical fate and behavior on ENM. Ecotoxicity assessment of ENM on both endobenthic species, using a battery of biochemical and behavioral biomarkers (multi-marker approach), allowed to highlight ENM effects through fresh-marine water continuum on both bivalves.

La destruction par brûlage de munitions chimiques de la Première Guerre Mondiale a provoqué une contamination importante de la partie supérieure du sol du site de la Place-à-Gaz par l’arsenic, le zinc, le cuivre et le plomb. Le traitement thermique a eu pour effet de minéraliser l’As des agents de guerre organoarséniés, et de former un assemblage minéral inattendu composé d’arséniates de Zn, Cu et Fe, et d’une phase amorphe riche en Fe, As, Zn, Cu et Pb. Ce matériel amorphe est la principale phase porteuse de l’As et des métaux dans la zone la plus polluée. Le site est sujet à des changements environnementaux pouvant affecter la stabilité des contaminants inorganiques. Afin d’évaluer l’impact d’épisodes de saturation en eau et de l’apport de matière organique sur les cycles biogéochimiques des métaux et de l’As, une étude en mésocosme a été menée. Les résultats montrent que la phase amorphe est instable en conditions saturées, et libère des contaminants dans l’eau interstitielle du sol. Comme sur le site, les contaminants les plus mobiles sont le Zn et l’As. L’addition de matière organique a induit une immobilisation de l’As, par piégeage de l’As V sur les oxyhydroxydes de fer, dans la partie saturée du sol. La caractérisation du compartiment microbien a été effectuée via des dénombrements, une analyse de la diversité bactérienne et des tests d’activités d’oxydation de l’As III et de respiration et. Les résultats montrent que les microorganismes ont contribué activement au métabolisme du C et de l’As. L’apport de matière organique a promu la croissance des microorganismes As III-oxydants et As Vréducteurs et modifié la structure des communautés bactériennes. Cependant, un effet négatif de la matière organique sur la vitesse d’oxydation de l’As III a été observé, entrainant une augmentation des concentrations d’As III en solution. Cette étude en mésocosme a montré que le dépôt naturel de litière organique a des conséquences antagonistes sur le transfert des contaminants inorganiques. Ces résultats fournissent de plus amples informations sur l’impact environnemental de la Grande Guerre et, de façon plus générale, sur les processus biogéochimiques contrôlant le comportement des métaux/métalloïdes sur les sites pollués. / The thermal destruction of chemical munitions from World War I, on the site of “Place-à-Gaz”, induced intense local top soil contamination by arsenic and heavy metals. The heat treatment mineralized As from organoarsenic warfare agents, resulting in a singular mineral assemblage, composed of Zn, Cu and Fe arsenates and of an amorphous phase rich in Fe, As, Zn, Cu and Pb. The amorphous material was the principal carrier of As and metals in the central part of the site. The site undergoes environmental changes which may alter the stability of inorganic contaminants. To assess the impact of water saturation episodes and input of bioavailable organic matter on the biogeochemical cycles of metal(loid)s, a mesocosm study was conducted. Results showed that amorphous phase was instable in saturated conditions, and released contaminants in soil water. As previously observed on site, the most mobile contaminants were Zn and As. The addition of organic matter induced the immobilization of As by trapping of As V onto hydrous ferric oxides in the saturated soil. Microbial characterizations including counting, bacterial community structure, respiration, and determination of As IIIoxidizing activities were performed. Results showed that microorganisms actively contribute to the metabolisms of C and As.The addition of organic matter induced the increase of As III-oxidizing and As V-reducing microorganisms concentrations and modified the bacterial diversity. However, a negative effect of organic matter on the activity of As III oxidation was observed resulting in higher As III concentration in soil water. This study showed that the natural deposition of forest organic litter on the site, induced antagonist effects on the transfer of inorganic pollutants did not immobilize all the Zn and As and even contributed to As III transport to the surrounding environment. These results provide more information about the environmental impact of the Great War and more generally about the processes driving the behavior of metals/metalloids on polluted sites.

L'écotoxicité de différentes nanoparticules de carbone (NPC) a été évaluée chez des organismes aquatiques, en particulier chez Xenopus laevis. Il a été montré que la surface des NPC est le paramètre le plus pertinent pour décrire l'inhibition de croissance chez le xénope, indépendamment de leur forme allotropique et de leur état de dispersion. L'induction des micronoyaux a aussi été étudiée chez le xénope, et l'oxyde de graphène (GO) s'est révélé génotoxique à faible dose, résultat corroboré par l'étude de l'expression des gènes. Les mécanismes de toxicité impliqués seraient notamment liés aux fonctions oxygénées de la particule. De plus, le GO a aussi entrainé de la génotoxicité chez Pleurodeles waltl. et de la tératogénicité, des retards de développement et de l'inhibition de croissance chez Chironomus riparius. La mise en interaction de ces organismes au sein d'un mésocosme a également conduit à l'observation de génotoxicité chez le pleurodèle en présence de GO. / The ecotoxicity of different carbon-based nanoparticles (CNPs) was assessed in freshwater organisms, especially in Xenopus laevis. The surface of the CNPs was shown to be the more relevant parameter to describe the growth inhibition in Xenopus, regardless of their allotropic form and their state of dispersion. Micronucleus induction was also studied in Xenopus and graphene oxide (GO) was found genotoxic at low dose. This result was in compliance with the study of genes expression. The involved toxicity mechanisms would be related to the oxidized functions of the CNP. Moreover, GO was also found responsible for genotoxicity in Pleurodeles waltl. and for teratogenicity, development delay and growth inhibition in Chironomus riparius. These organisms have finally been put together in a mesocosm, which has also led to genotoxicity in Pleurodeles in the presence of GO.

Une approche in situ et expérimentale sont menées en baie de Marseille. Des mesures simultanées de PB, de RB, de la phosphatase alcaline (phos) et de la protéase (prot) sont réalisées. Des gradients de températures (12-32°C) de ces 4 activités sont effectués. Les résultats montrent que 1) les températures optimales et les Q10 varient saisonnièrement, 2) le BGE ne diminue pas nécessairement lorsque la température augmente et 3) quelles que soit les conditions in situ, l'assemblage bactérien possède un BGE à la température in situ proche de sa température optimale. Des expériences d'enrichissements en PO4 et glucose incubées à température in situ et température in situ + 3°C montrent que la nature de l'interaction entre la température et les ressources est principalement synergétique. L'hypothèse d'un scénario supposant des changements relatifs de PB, prot et phos lors d'un changement de température suggère que les taux prot/PB et phos/PB diminuent lors d'un réchauffement et augmentent lors d'un refroidissement. Enfin, ces expériences témoignent que la température et la disponibilité du PO4 sont les principaux facteurs limitant les activités hétérotrophes. L'étude du mode d'apport de la MO (pulsé ou en continu) menée sur 4 cultures saisonnières montre que selon les conditions environnementales et le mode d'apport de la MO, l'AB, la PB et la RB varient significativement. Toutefois, l'AB, la PB, la RB et le BGE ne montrent pas de différences significatives entre les réservoirs d'ajouts pulsés et d'ajouts continus de MO suggérant des communautés bactériennes peu sensibles à la nature de la perturbation nutritionnelle alors que leurs activités en sont fortement dépendantes. / In this work, in situ and experimental approaches have been carried out in Marseilles' Bay. Simultaneous measurements of bacterial production (BP), bacterial respiration (BR), alkaline phosphatase activity (phos) and protease activity (prot) have been performed. Kinetic temperatures (12-32°C) of these 4 activities have been also conducted. The results demonstrate that i) the optimum temperature and Q10 values vary seasonally, ii) BGE value does not necessarily decrease with increasing temperature and iii) whatever the in situ conditions, the bacterial assemblage has a in situ temperature BGE value close to its optimal temperature. Enrichments experiments in PO4 and glucose incubated at in situ temperature and in situ temperature + 3°C allow to observe that the synergistic nature of the interaction between temperature and resources. The assumption of a scenario assuming that BP, prot and phos changes during a temperature change suggests that prot:BP and phos:BP ratios decrease with a warming and increase with a cooling. Finally, these experiments show that temperature and PO4 availability are the main factors controlling heterotrophic activities. The study on OM availability and associated timing (pulsed or continuous) conducted during 4 seasonal cultures demonstrates that at different seasons and according to the delivery mode of OM, BA, BP and BR are varying significantly. However, the BA, BP and the BR does not show significant differences between the tanks with pulse OM addition and continuous OM addition suggesting that predominant bacterial communities are insensitive to the nature of nutritional disturbance whereas bacterial activities are highly dependent.