Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium. / Thiols and selenium may influence mercury methylation in aquatic environments. To demonstrate the occurrence of both elements with mercury in selected aquatic systems of Quebec, a sampling campaign was conducted during the summer of 2010 in Mont-Temblant national park (Laurentians, Quebec). There is a significant correlation between selenium and total mercury in surface water. However, concentrations of selenium are very low in lakes and beavers ponds. In addition, the park’s lakes have a relatively high concentrations of methyl mercury with an average of 0,33 ng L-1 and maximum values up to 3,29 ng L-1. Beaver ponds can also be considered hotspots of methylmercury contamination, with an average concentration of 0,95 ng L-1. However, the presence of a colony of beavers in the watershed of a lake does not appear to influence the levels of mercury in that lake. Two species of thiols are present in the surface water of the Laurentian ecosystems: glutathione and thioglycolic acid. The latter is significantly correlated with total mercury and methyl mercury. Thiols may play an important role in the methylation process by promoting the transport of inorganic mercury within the sulfate-reducing bacteria. To better undestand the antagonistic action between selenium and mercury, more research should be conducted in the tissue of organisms living in areas of low concentration of selenium to know if they are protected against mercury toxicity.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Depuis plusieurs décennies, l'environnement arctique est en proie à de nombreux changements notamment dus à l'activité humaine. L'Arctique est en effet très sensible aux espèces polluantes issues de l'industrie de masse ainsi qu'au réchauffement global accéléré par les émissions anthropogéniques. Leurs impacts sur les écosystèmes boréaux, visibles dès les années 1970, (Schindler et Smol, 2006) ont motivé de nombreuses études. Ainsi a été démontrée l'importance des sources ponctuelles et du transport atmosphérique longue distance sur la pollution des zones arctiques. Un des composants clés de l'écosystème arctique est le manteau neigeux saisonnier, car en directe interaction avec l'atmosphère, le sol et les systèmes aquatiques. La neige contient de nombreuses espèces chimiques, microorganismes, particules et impuretés qui en font un milieu chimiquement et biologiquement dynamique, siège de réactions et d'interactions diverses. L'important interface atmosphère - neige (milieu poreux) donne notamment lieu à de nombreuses réactions d'oxydoréduction photo-induites impliquées dans des cycles chimiques complexes. Néanmoins, peu de choses sont connues sur l'interaction entre les différentes espèces contenues dans le manteau neigeux, et si on sait désormais que les microorganismes y ont une activité significative, on ignore tout ou presque des interactions chimiques éventuelles. Lors de la fonte du manteau neigeux, ce sont toutes les espèces qui y ont été stockées et formées in situ qui seront libérées dans l'écosystème aquatique. Ainsi le manteau neigeux saisonnier constitue un réservoir et réacteur crucial d'espèces chimiques, biologiques et contaminantes pour l'environnement arctique. Le cycle du mercure est dominé par deux systèmes de réactions majeurs : 1) l'oxydo-réduction (Hg0 Hg2+) ; et 2) la méthylation-déméthylation (Hg2+ CH3Hg+ CH3HgCH3). Les espèces formées par méthylation sont le monométhylmercure CH3Hg+ (aussi appelé méthylmercure, noté MMHg) et le diméthylmercure CH3HgCH3 (noté DMHg). Dans les régions polaires, le mercure élémentaire gazeux atmosphérique est rapidement oxydé et déposé en très grande quantité lors d'épisodes appelés AMDEs (Atmospheric Mercury Depletion Events) survenant au printemps polaire (Schroeder et al., 1998; Steffen et al., 2008). Durant ces épisodes, la neige se comporte comme une " éponge " à mercure et retient des concentrations en mercure très élevées (de l'ordre de la centaine de ng/L). Plusieurs campagnes de terrain ont montré que le mercure pouvait être soit oxydé soit réduit dans le manteau neigeux (Lalonde et al., 2002; Dommergue et al., 2003; Poulain et al., 2004) bien qu'il soit admis que la plus grande partie du mercure divalent déposé dans le manteau neigeux est réduit puis réémis dans l'atmosphère (Poulain et al., 2004; Kirk et al., 2006). Le mercure stocké par le manteau neigeux est libéré dans les eaux de fontes en période de réchauffement, en partie sous forme monométhylée (MMHg) (Loseto et al., 2004; St. Louis et al., 2005). Un récapitulatif de la chimie du mercure ainsi que de sa réactivité en arctique et dans le manteau neigeux est présenté en chapitre introductif de cette thèse. L'objectif des travaux présentés dans ce manuscrit est de clarifier l'influence de la chimie du manteau neigeux saisonnier arctique sur la réactivité du mercure qu'il contient, en particulier celle de sa forme méthylmercure. Comment s'y retrouve-t-il ? Est-il transporté dans la neige ou s'y forme-t-il à partir d'autres espèces mercurielles ? Quel rôle joue le manteau neigeux sur la boucle méthylée du cycle du mercure ? Les résultats présentés ci-après exploitent les données d'échantillons de neige saisonnière, collectés entre avril et juin 2011 autour du site côtier de Ny-Ålesund, dans la région du Kongsfjorden (Svalbard). La thèse est divisée en six parties, subdivisées en chapitres. La première partie présente les connaissances de la biogéochimie du mercure ainsi que de la physico-chimie du manteau neigeux nécessaires à la compréhension des parties de développement qui suivent. La deuxième partie présente les différentes méthodes analytiques utilisées pour obtenir notre jeu de données à partir des échantillons de terrain. Il comprend aussi la description d'un dispositif de dosage d'ultra-traces de MMHg que nous avons développé au laboratoire, bien qu'il n'ait pas eu l'aboutissement nécessaire pour analyser nos échantillons. Ce travail de développement analytique fait partie intégrante du travail de thèse et a mobilisé beaucoup de temps et de moyens ; il permet aujourd'hui un dispositif fonctionnel dont les performances doivent encore être précisées. La mise en place de ce dispositif est décrite de manière très complète en abordant un point de vue très pratique sur problèmes rencontrés et leurs solutions. Suit un court mais indispensable chapitre de description du site d'étude, de la méthodologie de terrain et des conditions géochimiques et météorologiques du milieu étudié. Dans la troisième partie, dédiée à l'étude de la chimie de la neige, nous commencerons par quelques observations sur la dynamique du mercure dans le manteau neigeux avant d'aborder dans un deuxième chapitre la chimie du manteau neigeux saisonnier avec une méthodologie nouvelle dans ce domaine, impliquant des rapports de concentrations d'espèces chimiques (Robinson et al., 2006). Cette approche a permis d'identifier les principales sources d'espèces chimiques dans le manteau neigeux côtier, et notamment d'y identifier les principales sources de MMHg. Le troisième chapitre de cette partie s'appuie sur les résultats sur la chimie de la neige pour discuter de la nature de la source principale de MMHg, en raisonnant sur la chimie globale de la neige et des traceurs de source. Nous y développons une nouvelle explication de l'apport de MMHg dans la neige étudiée - basée sur nos résultats et étayée par une littérature fournie - clarifiant ainsi le faisceau d'hypothèses habituellement évoqué pour expliquer la présence de MMHg dans le manteau neigeux. Nous n'identifions pas de formation de MMHg in situ dans le manteau neigeux côtier étudié. En réponse et en complément à la partie précédente, la quatrième partie traite de la dynamique du MMHg dans la neige et l'eau de fonte. Dans un premier chapitre sont présentés les résultats d'une étude d'un puits de neige sur le glacier Kongsvegen (une année d'accumulation), un site éloigné de la côte du Kongsfjorden. En utilisant la même méthodologie que précédemment, nous observons un processus chimique reliant le MMHg à d'autres espèces chimiques, qui est certainement identifiable uniquement en raison des faibles concentrations et de la stabilité de ce manteau neigeux dans le temps. En se basant sur les résultats d'une étude de laboratoire sur la formation de MMHg (Gåardfeldt et al., 2003), nous attribuons les relations entre ces espèces chimiques à une réaction de méthylation du mercure in situ. L'importance de cette réaction dans le budget de MMHg du manteau neigeux ainsi que les implications potentielles de cette observation préliminaire y sont évaluées et discutées. Un dernier chapitre présentera les observations concernant le méthylmercure dans l'eau de fonte, en complément des résultats présentés plus tôt. Les cinquième et sixième parties sont constituées respectivement d'une discussion conclusive et des annexes.

Thèse (D. en psychologie)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Comprend des réf. bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Un moment dipolaire électrique permanent (EDM) est une propriété fondamentale des systèmes simples comme par exemple l'électron, les atomes/molécules ou le neutron dont l'existence est prédite par le Modèle Standard de la physique des particules (MS) mais qui n'a pas pour l'heure jamais été observée. Cette observable violant la symétrie CP offre la possibilité de relier la physique des particules à l'énigme cosmologique fondamentale de l'asymétrie baryonique de l'Univers observée de nos jours. Produire une telle asymétrie requiert de nouvelles sources/de nouveaux mécanismes de violation de CP, hors MS, qui peuvent être sondés de façon privilégiée par les recherches d'EDM. La sensibilité des expériences EDM actuelles se trouve des ordres de grandeurs au-dessus des prédictions du secteur faible du MS. L'absence de signal, après 60 ans de quête, détermine la limite supérieure la plus forte sur la violation de CP dans le secteur fort du MS et contraint l'espace des phases des modèles de nouvelle physique. A contrario, la mesure d'un EDM non nul dans les années à venir pourra s'interpréter comme le signal d'une physique au-delà du MS évoluant à l'échelle multi-TeV. Dans cette perspective envoûtante, de nombreux nouveaux projets de mesures des EDM ont vu le jour ces dernières années et d'importants efforts sont poursuivis auprès du neutron notamment. Ce manuscrit présente la recherche de l'EDM du neutron menée auprès de l'expérience la plus sensible à ce jour basée à l'Institut Paul Scherrer en Suisse. / A permanent electric dipole moment (EDM) is a fundamental property of simple systems such as the electron, atoms/molecules or the neutron whose amplitude is expected to be non-zero within the Standard Model of particles physics (SM) but which has never been observed so far. This observable violating the CP symmetry offers the opportunity to link particle physics to the fundamental cosmological enigma of the observed baryon asymmetry of the Universe. Such an asymmetry requires new CP violation sources/mechanism beyond the SM, which can be best probed by EDM searches. The current EDM experiments sensitivity is order of magnitude above the weak SM sector predictions. Measuring a null EDM, after a 60 years quest, set the strongest upper limit on the CP violation in the strong SM sector and constrains the new physics models phase space. On the contrary, measuring a non-zero EDM in the coming years can be understood as a signal from physics beyond the SM evolving at a multi-TeV scale. In this haunting perspective, many new EDM projects raised in the last years and important efforts are pursued near the neutron in particular. This manuscript present the neutron EDM search near the most sensitive experiment running at the Paul Scherrer Institute in Switzerland.

Le mercure est un métal présent naturellement dans l’environnement qui a la particularité, sous sa forme organique (le monométhylmercure; MMHg), de se bioaccumuler dans les organismes et de se bioamplifier le long des chaînes alimentaires. Depuis la prise de conscience de la toxicité du MMHg, les travaux se sont multipliés pour comprendre où et comment le MMHg est produit puis incorporé dans les réseaux trophiques marins. Les réponses à ces questions sont primordiales afin d’anticiper le devenir du MMHg dans les espèces commercialisées dans un contexte d’augmentation des émissions de mercure et de changement climatique.Ce travail de thèse s’inscrit dans cette démarche en étudiant les variations spatiales de mercure total contenu dans le muscle de trois espèces de thons: les thons obèses, germons et jaunes, capturés dans le Pacifique sud. Une tendance spatiale similaire a été observée pour les trois espèces avec des concentrations plus élevées dans la zone sud-ouest par rapport à la zone ouest-équatoriale. Ce patron semble être en partie expliqué par des modifications de l’alimentation des espèces en lien avec la structure thermique de la colonne d’eau. La combinaison de mesures des isotopes stables de l’azote et de marqueurs électroniques ont permis de mettre en évidence un approfondissement de l’habitat vertical des thons obèses vers la Nouvelle-Calédonie, leur permettant de se nourrir sur des proies profondes probablement plus concentrées en MMHg. De plus, les profils de MMHg dissous de la partie sud-ouest Pacifique suggèrent une plus forte production de MMHg dans la zone épipélagique augmentant la biodisponibilité du MMHg à la base des chaînes alimentaires pélagiques. / Mercury is a naturally distributed heavy metal which is characterized, under its organic form (monomethylmercury; MMHg), by its bioaccumulation in living organisms and its biomagnifications along food chains. Since the awareness of MMHg neurotoxicity, lots of research works have focused on understanding where and how MMHg is formed and transmited to marine food webs. Those questions are keys in order to anticipate how MMHg, in commercially fish species, will respond in a context of increasing mercury emissions and climate change.This work is part of this approach by studying total mercury spatial variations from muscle tissue of three tuna species: bigeye, albacore and yellowfin tuna, captured within the south Pacific Ocean. Every tuna species demonstrated a consistent and similar spatial trend, with higher total mercury concentrations in the southwest and lower concentrations in the western equatorial Pacific. This spatial trend seems to be in accordance with varying tuna diet linked to the thermal features of the water column. By combining archival tagging data and nitrogen stable isotope analysis, we showed that the deepening of bigeye tuna vertical habitat around New Caledonia might allow them to forage on deeper and MMHg enriched preys. Additionnaly, dissolved MMHg profiles in the southwest Pacific suggest higher methylation processes in the epipelagic zone leading, possibly, to higher MMHg bioavailability for marine food chains.This study highlighted the key role of tuna trophic ecology and particularly foraging depth in their MMHg exposure. Those features have to be considered in future studies evaluating food webs contamination at a spatial or temporal scale.

Les décharges de résidus riches en éléments traces métalliques (ETMs) issus des activités industrielles représentent un risque potentiel de pollution de l’environnement. Ces décharges de résidus exigent une stabilisation des ETMs pour limiter leur dispersion par l'air, le sol, et les cours d’eau, et in fine leur transport vers des zones initialement non contaminées. Cette stabilisation peut être obtenue par un couvert végétal adéquat. Ce travail de thèse a porté sur 3 sites expérimentaux, qui ont comme point commun d’être des zones de stockage de sédiments contaminés ou d’effluents industriels chargés en ETMs. L’objectif général de ce travail de thèse était d’étudier les modes de transfert et de stockage d’ETMs vers les parties aériennes de végétaux cultivés sur les sols issus de ces sites expérimentaux. Le premier objectif concernait une décharge d’effluents (Inovyn), issus de l’activité électrolytique de l’usine Solvay (Tavaux) et enrichi en Hg. Le Hg, en raison de son faible point d’ébullition est facilement transféré des sédiments vers l’atmosphère sous forme de composés volatiles. Ainsi, la couverture végétale de cette lagune est exposée par sa biomasse aérienne aux composés volatiles de Hg, mais également par la rhizosphère aux composés du Hg présents dans le substrat. Dans ce travail de thèse plusieurs espèces végétales de la famille des Salicacées (peuplier) et des Solanacées (poivron, tomate, aubergine, et tabac) ont été exposées au Hg, dans des expériences en pot, avec simple exposition à une atmosphère enrichie en Hg, ou double exposition à un sol et à une atmosphère enrichis en Hg. Dans tous les cas de figure, le transfert de Hg dans les feuilles ne se produit que par voie aérienne, et l’accumulation augmente significativement avec l’âge des feuilles. Nous avons également mis en évidence que les teneurs en Hg des fruits des Solanacées étaient environ 100 fois plus faibles que celles des feuilles, limitant ainsi le risque d’exposition au Hg par leur consommation. Nous avons par ailleurs démontré qu’une faible proportion (7%) du Hg est sous forme méthylHg dans les feuilles de peuplier, et que 16 à 26% du Hg accumulé dans les feuilles de poivron ou peuplier étaient liés à des protéines solubles. Le deuxième objectif concerne les sites de Thann (Cristal) et Fresnes sur Escaut (VNF), pour lesquels nous avons étudiés le transfert d’ETMs vers des espèces potagères, afin de mimer l’impact de ces contaminants sur les cultures en jardins potagers. Le peuplier a également été utilisé comme espèce de référence. Les quantités de masse fraîche des parties comestibles à ingérer pour atteindre la dose journalière ont été calculées pour chaque ETM. Seuls le Cd (Fresnes) et le Cr (Thann) présentaient un risque potentiel, puisqu’ils s’accumulent dans les parties consommables de ces végétaux à des teneurs élevées. Il faut toutefois noter que ces expériences ont été réalisées dans des scénarios où les conditions d’exposition étaient maximisées. Le transfert des ETMs (notamment le Cd et le Zn) vers le peuplier a confirmé des études précédentes, ce qui souligne l’importance d’une gestion adaptée de la biomasse produite sur de tels sites. D’un point de vue écologique les travaux de cette thèse confirment l’importance et la nécessité de la végétalisation des sites contaminés par des ETMs afin de limiter la dispersion des poussières, et en conséquence les ETMs aux alentours. D’un point de vue sanitaire, les travaux soulignent l’importance d’estimer le risque spécifique lié à l’ingestion d’espèces végétales d’intérêt alimentaires cultivées régulièrement par les habitants aux alentours des sites potentiellement émetteurs d’ETMs, en générant un lien entre espèce et ETMs accumulés. Ce travail apporte donc un certain nombre d’éléments pour la compréhension du devenir d’ETMs et notamment le Hg dans le système sol/plante et les risques associés à l’ingestion des parties comestibles des végétaux cultivés potentiellement contaminées. / Metal trace element (HME) -free residues from industrial activities represent a potential risk of environmental pollution. These tailings dumps require a stabilization of the ETMs to limit their dispersion by air, soil, and streams, and ultimately their transport to initially uncontaminated areas. This stabilization can be achieved by adequate plant cover. This thesis work focused on 3 experimental sites, which have as common point to be contaminated sediment storage areas or industrial effluents loaded with ETMs. The general objective of this thesis work was to study the transfer and storage modes of ETMs to the aerial parts of plants grown on soils from these experimental sites. The first objective concerned a discharge of effluents (Inovyn), resulting from the electrolytic activity of the Solvay (Tavaux) plant and enriched in Hg. The Hg, because of its low boiling point, is easily transferred from the sediments to the atmosphere in the form of volatile compounds. Thus, the vegetal cover of this lagoon is exposed by its aerial biomass to the volatile compounds of Hg, but also by the rhizosphere to the Hg compounds present in the substrate. In this work, several plant species of the Salicaceae family (poplar) and Solanaceae (pepper, tomato, aubergine, and tobacco) were exposed to Hg in pot experiments, with simple exposure to a Hg-enriched atmosphere. , or double exposure to Hg-enriched soil and atmosphere. In all cases, transfer of Hg into the leaves occurs only by air, and accumulation increases significantly with leaf age. We also found that the Hg content of the Solanaceae fruit was about 100 times lower than that of the leaves, thus limiting the risk of exposure to Hg through their consumption. We have also shown that a small proportion (7%) of the Hg is in the form of methylHg in poplar leaves, and that 16 to 26% of the Hg accumulated in pepper or poplar leaves were bound to soluble proteins. The second objective concerns the Thann (Cristal) and Fresnes sur Escaut (VNF) sites, for which we have studied the transfer of ETMs to vegetable species, in order to mimic the impact of these contaminants on vegetable garden crops. Poplar has also been used as a reference species. The amounts of fresh mass of the edible parts to be ingested to reach the daily dose were calculated for each MTE. Only Cd (Fresnes) and Cr (Thann) presented a potential risk, since they accumulate in the consumable parts of these plants at high levels. It should be noted, however, that these experiments were conducted in scenarios where exposure conditions were maximized. The transfer of ETMs (including Cd and Zn) to poplar has confirmed previous studies, highlighting the importance of appropriate management of the biomass produced at such sites. From an ecological point of view, the work of this thesis confirms the importance and the necessity of the revegetation of the sites contaminated by ETMs in order to limit the dispersion of the dust, and consequently the ETMs around. From a health point of view, the work emphasizes the importance of estimating the specific risk related to the ingestion of vegetable species of interest regularly grown by the inhabitants around the sites potentially emitting ETMs, generating a link between species and accumulated ETMs. This work therefore provides a number of elements for understanding the fate of ETMs and in particular the Hg in the soil / plant system and the risks associated with the ingestion of the edible parts of potentially contaminated cultivated plants.

Dans cette thèse, j’étudie la compressibilité électronique de deux isolants topologiques tridimensionnels : Le tellurure de mercure (HgTe) sous contrainte et le séléniure de bismuth (Bi2Se3).Je présente des mesures d’admittance électronique à basse température résolues en phase sur une large gamme de fréquence. Cela permet d’extraire la capacité quantique associé à la densité d’états et la résistivité des matériaux étudiés.Nous montrons qu’un isolant topologique intrinsèque présente une réponse dominée par les états de surface topologiques sur une large gamme d’énergie qui s’étend au-delà du gap de transport du matériau massif. Ce régime, appelé « écrantage de Dirac », est caractérisé par une compressibilité électronique proportionnelle à l’énergie de surface et une haute mobilité.Dans la suite, nous nous intéressons à la limite de ce régime. Nous observons qu’à haute énergie et sous l’influence de forts champs électriques perpendiculaires, des états excités massifs de surface sont peuplés ce qui se manifeste expérimentalement de différentes façons : Une chute dans la constante de diffusion électronique, un pic de conductivité ainsi que l’apparition d’un deuxième type de porteurs en magnéto-transport et de métastabilité dans la relation charge-tension.Un modèle théorique basé sur un traitement quasi-relativiste du Hamiltonien de surface est présenté. Il permet d’identifier la dépendance en énergie et champ électrique des états massifs de surface.Cette thèse est complémenté par des résultats expérimentaux sur Bi2Se3 obtenu par croissance sur nitrure de bore mettent en évidence l’importance de la pureté des interfaces d’isolants topologiques. / This thesis discusses the electronic compressibility of two representative three dimensional topological insulators: Strained mercury telluride (HgTe) and bismuth selenide (Bi2Se3).I present low temperature phase-sensitive electron admittance data over a broad frequency range. This allows to extract the quantum capacitance related to the density of states and the resistivity of the investigated materials.We show that the response of an intrinsic topological insulator is dominated by topological surface states over a large energy range exceeding the bulk material’s transport gap. This regime, named “Dirac screening” is characterized by an electron compressibility proportional to the surface Fermi level and a high mobility.Subsequently, we investigate the limits of this regime. At high energy and large perpendicular electric fields we observe the population of excited massive surface states. Experimentally, these manifest themselves in multiple signatures: A drop in the electronic diffusion constant, a peak in the conductivity, appearance of a second carrier type in magneto-transport and meta-stability in the charge-voltage relation.A theoretical model based on a quasi-relativistic treatment of the surface Hamiltonian is presented. It allows to identify the electric field and energy dependence of the massive surface states.This thesis is complemented by experimental results on Bi2Se3 grown on boron nitride, where we demonstrate the importance of clean surfaces for the study of electronic properties in topological insulators.

La connaissance des flux de contaminants particulaires véhiculés par les cours d'eau est cruciale pour la gestion des pollutions environnementales, mais elle se heurte à d'importantes difficultés technologiques, méthodologiques et scientifiques. Grâce à un effort d'observation intensive rendue possible par l'Observatoire des sédiments du Rhône, ce travail de recherche s'est concentré sur la dynamique spatio-temporelle des flux de contaminants particulaires – mercure et PCB- au sein du Rhône et de ses principaux affluents contributeurs en matières en suspension (MES) : l'Arve, la Saône, l'Isère et la Durance. La stratégie d'observation choisie et validée privilégie un échantillonnage quasi-continu des débits, concentrations en MES (turbidimétrie) et teneurs en contaminants (par piège intégratif), associé à des prélèvements de référence (manuels, ou par centrifugation) et à une caractérisation détaillée des particules en termes de granulométrie et de taux de carbone organique. A partir des données ainsi mesurées et existantes, l'étude de la variabilité spatio-temporelle des différents paramètres et de leurs facteurs d'influence a permis de proposer et valider des méthodes adaptées pour la quantification des flux particulaires à l'échelle événementielle, annuelle et inter-annuelle. Ces résultats fournissent une nouvelle vision des flux particulaires dans le Rhône à l'échelle du réseau hydrographique, et soulignent l'importance des évènements hydro-sédimentaires majeurs et des interactions avec les aménagements hydro-électriques. Ces processus hydro-sédimentaires complexes motivent une contribution à l'amélioration de la simulation numérique du Rhône / The knowledge of particulate contaminant fluxes transported by rivers is crucial for the management of environmental pollution, but it is compromised by significant technological, methodological and scientific difficulties. Through an intensive observational effort made possible by the Rhône Sediment Observatory, this research focused on the spatio-temporal dynamics of particulate contaminant -mercury and PCBs- fluxes in the Rhône and its major tributaries as regards suspended particulate matters (SPM) contribution : the Arve, Saône, Isère and Durance rivers. The chosen and validated observation strategy is based on the quasi-continuous monitoring of discharge, SPM concentrations (by turbidimetry) and contaminant contents (using sediment integrative traps), associated with samples of reference (manual sampling or centrifugation) and a detailed characterization of particles in terms of grain-size and organic carbon contents. From measured and existing data, the study of spatio-temporal variability of parameters and of their factors of influence allowed us to propose and validate suitable methods for the quantification of particulate fluxes at the event, annual and inter-annual scales. These results provide a new insight into the particulate fluxes throughout the Rhône river system and highlight the importance of major hydro-sedimentary events and of the interactions with hydro-power schemes. Such complex hydro-sedimentary processes motivate the improvement of the numerical simulation of the Rhône river