Les teneurs élevées en mercure des sols Guyanais suscitent beaucoup d’attention de par les conséquences écotoxicologiques qui en découlent. Dans cet écosystème tropical particulier, notre recherche a eu pour objectifs i) d’évaluer l’importance des oxydes de fer dans la fixation du mercure ii) d’étudier l’impact des processus biogéochimiques dans la remobilisation de ce métal et iii) d’évaluer l’impact de ce mercure mobile sur le fonctionnement et la diversité génétique des communautés microbiennes du sol. Afin d’atteindre ces objectifs deux volets ont été abordés, avec comme matériel d’étude des sols naturels provenant d’une toposéquence proche d’un ancien site orpaillé, situé dans les environs du village de Cacao, et des sols jamais orpaillés de la forêt de Patagai. Dans le premier volet, les résultats obtenus ont montré que les quantités de mercure dans les sols étudiés diminuent le long de la toposéquence, des oxisols aux sols hydromorphes, de même que les teneurs en fer et ceci en étroite relation avec les conditions réductrices et les mouvements probables des nappes d’eau. Les analyses pédologiques combinées à des extractions chimiques sélectives des formes d’oxydes de fer ont permis de montrer l’importance de ces derniers et de leurs propriétés cristallochimiques dans la fixation du mercure. Ces résultats ont logiquement ouvert la voie à une étude microbiologique, visant à évaluer la capacité des bactéries ferri-réductrices à mobiliser le mercure, dans des conditions physico-chimiques réductrices proches de celles rencontrées en conditions naturelles. Menée en microcosme au laboratoire et en présence d’une source de carbone facilement biodégradable, cette étude a mis en évidence une redistribution du mercure parallèlement à l’activité ferri-réductrice bactérienne. Le rôle méthylateur de ces bactéries expliquerait les fortes concentrations de methylmercure (MeHg) rapportées dans les sols inondés de notre site d’étude. Le second volet de ce travail a été consacré à l’impact d’un apport du mercure sur les communautés microbiennes telluriques. Ce volet a été abordé à travers une approche multiscalaire combinant chimie, microbiologie, enzymologie et biologie moléculaire. Les résultats obtenus ont confirmé que l’effet du mercure dépend des teneurs appliquées. Alors que la densité microbienne ne semble pas modifiée, les diversités spécifiques, fonctionnelles ainsi que les cinétiques de minéralisation de carbone sont rapidement influencées par des fortes concentrations en mercure (20 µg/g de sol). D’autre part, si l’application du mercure a montré une modification irréversible à long terme de la structure génétique des communautés microbiennes, un phénomène de résilience a été rapidement constaté au niveau de la minéralisation du carbone et de la diversité fonctionnelle. Un travail complémentaire a permis de mettre en place une méthode d’évaluation multidimensionnelle de la résilience des communautés microbiennes à un stress environnemental / Guyanese soils contain high concentrations of mercury due to high geological background concentrations and locally to past gold-mining. The dynamics of this mercury is actually a major environmental and health preoccupation. In this particular ecosystem, the objectives of this thesis were to determine i) the importance of iron oxides in mercury distribution in soils, ii) the impact of microbial ferrireducing bacteria on the remobilisation of this toxic heavy metal, and iii) the impact of mercury pollution on the activity and genetic structure of soil microbial communities. This was assessed through two approaches, the first using soils sampled along a natural ferrallitic toposequence of a catchment basin, partly gold-mined up to 1950, near the village of Cacao. And the second using soils sampled from the forest of Patagai that records no past gold mining. Our results showed that the quantities of mercury decreased along the toposequence along with total iron contents, from the well drained oxisols to the hydromorphic talwegs. This happened in close relation to reductive conditions and watershed dynamics. The soil analyses combined to chemical extractions of amorphous and crystalline iron forms revealed the importance of the latter in mercury adsorption. These results logically brought us to study the impact of microbial activity, and more precisely bacterial iron reduction, on the remobilisation of mercury in these soils. This was carried out in reductive conditions similar to those encountered in natural conditions. In presence of available carbon, these experiments showed that ferri-reducing activity could solubilise significant quantities of iron, thus simultaneously mobilizing mercury. However, we did not detect an increase in dissolved mercury, presumably because it was re precipitated as HgS. Never the less, we observed variations in the amount of mercury associated to iron oxides during incubation. The second part of this work studied the impact of mercury on soil microbial communities. We approached this through a multidisciplinary study including chemistry, microbiology and molecular biology. Results confirmed that the effect of mercury depends on the concentration of Hg applied. While microbial biomass and numbers did not seem to be affected, the genetic structure as well as the functional diversity and carbon mineralisation were rapidly affected by high mercury concentrations (20 µg g-1 of soil). More over, we observed a rapid resilience in carbon mineralisation and functional diversity whereas genetic structure was durably modified. Complementary work enabled us to set up a multidimensional method to evaluate microbial community’s resistance and resilience to an environmental stress

Ce mémoire présente les résultats d'une étude portant sur les effets sanitaires du mercure (Hg) et de son principal dérivé organique, le méthylmercure (MeHg), chez le doré jaune (Sander vitreus) et la perchaude (Perca flavescens) capturés dans quatre lacs de la région de l'Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada). Effectué en août 2005, ce projet s'insère dans le cadre des travaux du Réseau collaboratif de recherche sur le mercure (COMERN) subventionné par le CRSNG. Les principaux objectifs de l'étude consistaient à : i) examiner la toxicocinétique du Hg total/MeHg dans les tissus musculaire et hépatique du doré jaune, ainsi qu'à : ii) évaluer les effets physiologiques et biochimiques de l'accumulation du Hg total/MeHg chez le doré jaune et la perchaude à l'aide d'une série de bioindicateurs. Il s'agissait plus spécifiquement de déterminer l'impact du Hg total/MeHg sur la condition générale et le système de détoxification du glutathion (GSH) de spécimens collectés à partir de sites peu impactés par ces xénobiotiques (0,3-0,79 ppm Hg total dans la chair). À la lumière des analyses de Hg total/MeHg dans les muscles et les foies de dorés jaunes, le volet toxicocinétique révèle des différences significatives dans le taux d'accumulation du Hg total/MeHg entre les spécimens des différents lacs échantillonnés. Des différences ont également été observées au niveau de la cinétique du Hg total/MeHg entre les tissus musculaire et hépatique. Nos résultats suggèrent en outre la présence d'un lent processus de déméthylation hépatique chez les spécimens des trois lacs où les teneurs en Hg total dans les chairs étaient les plus faibles. Le volet physiologique et biochimique indique que les dorés du lac Malartic, soit les poissons de notre échantillonnage avec les teneurs en MeHg dans les foies les plus élevées possèdent un indice hépatosomatique (HSI) et une activité enzymatique de la glutathion S-tranférase (GST) significativement plus faibles. Le HSI est négativement corrélé à la concentration hépatique en Hg total. L'activité des enzymes GST et de la glutathion réductase (GR) est reliée au HSI. Dans le lac Desjardins-Est, les perchaudes présentent les plus fortes concentrations hépatiques de MeHg. Chez ces spécimens, l'activité des enzymes GST et de la glutathion peroxydase dépendant du sélénium (GSH-Px SD) est négativement corrélée à la concentration hépatique de MeHg. Cette étude démontre que le Hg et le MeHg peuvent induire des effets physiologiques et cellulaires adverses chez le doré jaune et la perchaude et ce, à des concentrations environnementales significatives, mais faibles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : toxicocinétique, mercure/méthylmercure, poissons, glutathion, lacs

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le présent projet vise à déterminer l'impact du mercure sanguin sur la variabilité cardiaque (VC) chez des adultes du Nunavik en tenant compte des concentrations des oméga-3 et d'autres facteurs potentiellement confondants. Des échantillons sanguins ont été prélevés chez 280 adultes de 40 ans et plus et, des électrocardiogrammes ambulatoire de type Holter ont été enregistrés pendant 2 heures consécutives afin de calculer des indices de temps et de fréquence de la VC. En corrélation simple, le mercure n'a été associé faiblement qu'à la basse fréquence (LF) (r= -0.18; p= 0.02) et à la déviation standard des intervalles RR (SDNN) (r= -0.14; p= 0.047) mais ces associations sont devenues non significatives après le contrôle statistique des facteurs confondants (|3= -0.09, p= 0.35; p= -0.04, p= 0.37 respectivement). En conclusion, aucun effet du mercure sur la VC n'a pas été constaté dans cette population. / The objective of the present study was to determine the impact of mercury levels on heart rate variability (HRV) in an adult population of Nunavik taking into account the influence of n-3 fatty acids and other possible confounding factors. Blood samples were collected in a sub-sample of 280 adults 40 years and older and, ambulatory electrocardiograms (Holter monitoring) were performed during 2 hours in order to derive time and frequency domains indices of HRV. In simple correlation, mercury was weakly associated with low frequency (LF) (r= -0.18; p= 0.02) and the standard deviation of RR intervals (SDNN) (r= -0.14; p= 0.047) but these associations became non statistically significant after adjusting for confounders (p= -0.09, p= 0.35; p= -0.04, p= 0.37 respectively). In conclusion, no impact of mercury on HRV was observed in this population.

non disponible

L'objectif principal de cette thèse est de caractériser les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes dans un manteau neigeux arctique. Une attention toute particulière est portée au mercure, dont le cycle biogéochimique complexe est encore mal connu. Avant toute chose, les fractions biotiques et abiotiques d'un manteau neigeux saisonnier doivent être caractérisées. A partir d'échantillons de neige et d'eau de fonte prélevés au cours d'une étude de deux mois en 2007 à Ny-Ålesund, nous avons montré que la diversité des séquences est élevée et nous avons également examiné le devenir du mercure, depuis son dépôt au cours des phénomènes de déplétions jusqu'à son transfert lors de la fonte des neiges. Les résultats de cette campagne ont souligné la nécessité d'améliorer nos connaissances sur la spéciation du mercure et ont conduit à l'élaboration d'un biocapteur mer-lux pour mesurer la fraction biodisponible de mercure, déployé lors d'une seconde campagne de deux mois au printemps 2008. En parallèle à l'analyse chimique, nous avons suivi les changements dans la structure des communautés microbiennes présentes dans les échantillons de neige et d'eau de fonte. Nous avons enfin exploré l'effet de la contamination au mercure sur la fonction de la communauté et démontré que le méthylmercure affecte la structure des communautés ainsi que sa fonction à des concentrations beaucoup plus faibles que précédemment rapportées. Nos résultats fournissent une base pour de nouvelles études sur l'interaction entre la composition chimique, la présence de contaminants anthropiques et la structure des communautés microbiennes.

Le mercure est un polluant global posant des problèmes de santé publique. Il est émis par des sources naturelles et anthropiques. Aux pôles, une chimie particulière amène à une oxydation du mercure de l'atmosphère qui provoque des dépôts de mercure divalent sur la neige.Ce travail de thèse propose d'étudier la composante microbiologique dans le cycle du mercure en zone polaire afin de comprendre si elle joue un rôle dans l'entrée du mercure dans les écosystèmes polaires. Pour réaliser cette étude nous avons travaillé sur différents types d'échantillons : micro organismes isolés de la neige comme des levures et des bactéries, plancton collecté en arctique, biofilms échantillonnés en arctique et en antarctique.Les résultats obtenus indiquent que les différents types de microorganismes semblent capable de réagir avec le mercure déposé.Ce type d'approche à l'interface entre la chimie et de la biologie était une première au laboratoire de glaciologie, les résultats obtenus ouvrent des perspectives intéressantes pour la compréhension du cycle du mercure en zone polaire.

L'exosphère d'un objet planétaire est la région de transition entre l'environnement dominé par cet objet (son atmosphère ou sa surface) et celui dominé par tout autre objet, que ce soit une planète ou une étoile. Mon travail de recherche, au cours des dix dernières années, a consisté à modéliser et observer diverses exosphères de notre système solaire, notamment celle de Mars et de Mercure. Au cours de cette soutenance, j'illustrerai en quoi consiste une exosphère, ce que l'on peut apprendre sur l'évolution d'un objet planétaire lorsque l'on s'intéresse à son exosphère et ce qui reste à faire pour progresser dans ce domaine, d'une part au niveau théorique et d'autre part au niveau instrumentale.

Le cadmium (Cd), métal extrêmement toxique, peut pénétrer dans l'organisme par ingestion, mais également par inhalation. Le mécanisme régissant son transport membranaire est jusqu'ici inconnu mais sa nature toxique suggère qu'il puisse emprunter des systèmes de transports dédiés à certains éléments essentiels tels que le calcium (Ca). Notre étude évalue la cytotoxicité du Cd, du Pb et du Hg utilisés seuls ou en combinaisons multiples dans deux lignées cellulaires humaines A549 et H441 qui représentent respectivement le phénotype de cellules alvéolaires et bronchiolaires de l'épithélium pulmonaire. La caractérisation du transport de Cd selon la spéciation organique et inorganique et selon le pH est aussi étudiée tout en vérifiant l'implication possible des voies calciques. L'essai MTT indique que le Cd et Hg sont cytotoxiques dans les deux lignées alors que le Pb ne semble pas affecter la viabilité cellulaire. Les résultats démontrent aussi que la lignée A549, pour laquelle la plus faible valeur de LC₅₀ a été mesurée, est deux fois plus sensible au Cd que la lignée H441 (60 µM vs 120 µM). L'étude de l'accumulation du ¹⁰⁹Cd montre que la variation de cette sensibilité ne peut être attribuée à une accumulation supérieure de Cd. Dans les deux lignées, les résultats de toxicité et d'accumulation du Cd en présence de Hg et de Pb indiquent la présence d'une corrélation entre les contenus cellulaires en Cd et le potentiel toxique. Il semble que le Pb protège les deux lignées contre la toxicité du Cd en inhibant le transport membranaire du Cd alors que le Hg sensibilise les cellules A549 en augmentant les niveaux d'accumulation du Cd. La caractérisation du transport membranaire de ¹⁰⁹Cd montre une inhibition de l'accumulation temporelle du ¹⁰⁹Cd dans un milieu chloré en présence d'un excès de Cd non radioactif ce qui indique l'implication d'un système spécifique de transport. Les paramètres d'accumulation et les caractéristiques cinétiques varient d'une lignée à l'autre et révèlent la présence d'un processus saturable et à haute affinité (Km < 5M dans les deux cas). L'accumulation de Cd est supérieure en milieux inorganiques (chloré et nitré) comparativement au milieu organique (DMEM) probablement suite à la complexation du Cd. Nos résultats montrent aussi une plus grande variation du transport de Cd en fonction du pH dans la lignée A549; le Cd étant bien moins transporté à pH acide. L'étude des interactions Cd-Ca montre que le Ca n'inhibe pas le transport du ¹⁰⁹Cd mais que le Cd inhibe le transport de ⁴⁵Ca. Dans les cellules A549, un transport de ⁴⁵Ca dépendant du voltage et hautement sensible à une inhibition par le Cd a aussi pu être mis en évidence. En conclusion, l'accumulation pulmonaire de Cd n'implique pas de voies de transport calciques et varie selon le phénotype cellulaire et les interactions avec d'autres métaux. La toxicité du Cd n'est pas toujours corrélée aux niveaux d'accumulation du métal et dépendrait d'autres mécanismes cellulaires qui réduisent la toxicité du Cd et diffèrent d'une lignée à l'autre. Nous émettons donc l'hypothèse que des mécanismes de protection cellulaire (GSH, MT et HSP70) seraient probablement responsables des variations de sensibilité observées dans les cellules A549 et H441. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métaux lourds (Cd, Pb et Hg), Cellules A549 et H441, Transport membranaire, Viabilité cellulaire, Canaux calciques dépendants du voltage.

Depuis longtemps, l'éducation relative à l'environnement (ERE) est reconnue comme une stratégie de résolution des problèmes environnementaux. Mais au-delà de cette vision pragmatique, l'ERE doit aussi être envisagée comme un processus de développement des personnes et des groupes sociaux. Cette recherche vise à intégrer l'ERE dans le curriculum scolaire des étudiant(e)s du collégial. Nos buts sont de 1) contribuer à intégrer l'ERE comme dimension de la formation fondamentale des étudiant(e)s du collégial (volet intervention) et de 2) contribuer au développement théorique du domaine de l'ERE en milieu collégial (volet recherche). Pour ce faire, nous avons entrepris une recherche-action collaborative avec la direction et les enseignant(e)s du Cégep de Sorel-Tracy (2002-2004). Nous avons adopté une stratégie d'accompagnement des enseignant(e)s basée sur un partenariat université-collégial pour le développement de projets pédagogiques dans différents cours et programmes. Nos interventions ont été centrées sur la contamination de l'environnement par le mercure comme porte d'entrée pour une appréhension écosystémique de l'environnement. Notre recherche-action a comporté treize projets. Chaque projet a donné lieu à une recherche-action spécifique qui s'est inscrite dans notre démarche globale de recherche-action. Trois des treize projets développés ont fait l'objet d'une étude approfondie. La stratégie d'accompagnement que nous avons adoptée a présenté plusieurs avantages: stimuler l'innovation pédagogique chez les enseignant(e)s, faciliter l'accès à une expertise environnementale, créer un contexte d'intervention interdisciplinaire, motiver les étudiant(e)s à participer à des activités d'apprentissages portant sur l'environnement et la santé, etc. Notre projet s'est toutefois confronté à certaines limites dont l'appréhension d'une surcharge de travail pour les enseignant(e)s, des difficultés à intégrer les activités au plan de cours, un besoin de financement pour la réalisation de certaines activités, etc. Ce mémoire identifie également des enjeux reliés au contexte institutionnel et des enjeux pédagogiques pour l'intégration de l'ERE au curriculum du collégial. Finalement, cette recherche a permis d'identifier des avenues structurantes pour l'intégration de l'ERE au collégial dont 1) la reconnaissance de l'ERE par les instances gouvemementales, 2) la prise en compte de l'ERE lors de l'établissement des plans d'études, 3) l'intégration de l'ERE dans les plans cadre et 4) la prise en compte de l'ERE lors de la détermination des compétences à atteindre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Éducation relative à l'environnement, Éducation relative à la santé environnementale, Mercure, Contaminants, Enseignement collégial.