La pollution atmosphérique est omniprésente du fait de nombreuses sources émettrices de composés chimiques. Dans ce contexte, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont largement diffusés dans l’air et ont déjà montré des effets délétères sur la santé.Ce travail a consisté en l’évaluation de la neurotoxicité du fluorène, composé choisi comme molécule représentative de la pollution liée aux HAP, chez le rat adulte exposé par voie i.p., par voie orale ou par inhalation. Le modèle d’exposition par inhalation a ensuite été appliqué à l’étude des effets du polluant sur le développement sensori-moteur et l’activité comportementale de l’animal exposé in utero ou au cours de la lactation.Ces études ont montré que le fluorène était susceptible d’affecter le niveau d’anxiété et l’activité locomotrice du rat adulte exposé directement et indirectement au polluant, et n’avait aucun effet sur les capacités d’apprentissage. En revanche, aucune atteinte majeure de la maturation des fonctions sensori-motrices n’a été mise en évidence. L’analyse de la présence du composé et de trois de ses métabolites a par ailleurs montré que le polluant était capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et d’être métabolisé au niveau du cerveau. Les réponses physiologiques et comportementales étant variables entre les études, les effets induits par le fluorène dépendent donc de la voie d’entrée, du niveau de contamination et du moment d’exposition.Ces résultats ont ainsi révélé chez l’animal la toxicité comportementale du fluorène à des niveaux de contamination réalistes, confirmant ainsi le risque sanitaire de l’exposition aux HAP tout au long de la vie des individus / Actually air pollution is ubiquitous due to the emission of chemical compound from many sources. In this context, Polycyclic Aromaric Hydrocarbons (PAH)related compounds are widely distributed in the air and have shown deleterious health effects.Fluorene was chosen as a representative compound of PAHs pollution. This work consisted in the evaluation of its neurotoxic effects in adult animals, exposed i.p., orally or by exposure nose-only. The inhalation model of exposure was then applied to the study of its effects on sensorimotor development and on behavioral activity of animals exposed in utero or during lactation.The results showed that fluorene is able to induce behavioral changes in adult animals exposed directly or indirectly on the level of anxiety and the locomotor activity, whereas no effect on learning and memory abilities has been observed. However, no defect on the development of motor and sensory functions was demonstrated. Furthermore, the analysis of the presence of the compound and three of its metabolites showed that the pollutant was able to cross the blood brain barrier and can be metabolized in the brain. Moreover, variations have been observed concerning behavioral and physiological responses between studies, showing that effects induced by fluorene are dependent on the way of administration, the level of contamination and the time of exposure.In conclusion, these results demonstrate in animals the behavioral toxicity of fluorene at levels of contamination corresponding to human cases of exposure, confirming so the risk of PAH exposure throughout life

La dissipation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), polluants persistants majoritaires des sols de friches industrielles, implique l'action de microorganismes bactériens et fongiques. Cependant, leur contribution relative à la dissipation in situ, en fonction des interactions entre ces microorganismes ou avec les plantes et les polluants, est mal connue et les communautés fongiques ont été très peu étudiées dans de tels environnements. L'objectif de cette thèse était de préciser l'écodynamique des HAP dans la rhizosphère sous l'effet des microorganismes et de leurs interactions et d'évaluer la diversité fongique dans des sols contaminés. La dynamique des communautés fongiques a été étudiée in situ pendant 5 années, par PCR en temps réel et Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE), dans un sol historiquement contaminé en présence ou non de plantes et dans le même sol ayant subi un traitement de remédiation par désorption thermique. Les plantes avaient un effet positif sur l'abondance et la diversité des champignons et étaient le facteur déterminant la structure des communautés fongiques, dominées par les Ascomycètes. D'autre part, des souches bactériennes et fongiques ont été isolées de ce sol et testées pour leur capacité à dégrader les HAP in vitro. Parmi celles-ci, la bactérie Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 et le champignon Fusarium solani MM1 ont été choisies comme souches modèles pour étudier leur action individuelle ou conjointe sur la dissipation de trois HAP, dans différentes conditions, des plus simples (cultures liquides) aux plus complexes (microcosmes de sol planté en présence d'une microflore). Les résultats ont montré l'importance fondamentale des interactions entre microorganismes, notamment des phénomènes de compétition, pour la croissance des souches modèles et pour l'expression de leurs potentiels de dissipation des HAP / The dissipation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), very common and persistant pollutants in soils from industrial wastelands, involve the action of bacterial and fungal microorganisms. However their respective contribution, and the influence of the microbial and plant-microbe interactions on in situ PAH dissipation, are poorly known and fungal communities were scarcely studied in such environments. This work aimed to study the fate of PAHs in rhizosphere under the influence of microorganisms and their interactions and to estimate the fungal diversity in contaminated soils. The dynamic of fungal communities was monitored in situ for 5 years, by real-time PCR and Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE) in an aged PAH-polluted soil and in the same soil treated by thermal desorption. The results showed that plants had a positive effect on fungal abundance and diversity and were the main driver of fungal community structure, dominated by Ascomycetes. Besides, bacterial and fungal strains were isolated from this soil and screened for their ability to dissipate PAHs in vitro. Among them, the bacteria Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 and the fungus Fusarium solani MM1 were chosen as model strains to study their individual and simultaneous effect on PAH dissipation in different experimental conditions, from liquid cultures to planted soil microcosms with a complex microflora. It was found that interactions between microorganisms, notably competition, had a crucial influence on their growth and on the expression of their PAH dissipation potential

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants (POP) émis par les activités humaines suite à la combustion incomplète de la matière organique (industrie, chauffage, trafic routier...). En raison de leur faible taux de dégradation, de leur toxicité, de leur capacité à être transportés sur de longues distances et de leur bioaccumulation dans la matière organique, les HAP font l'objet d'une surveillance atmosphérique (directive cadre européenne 96/62/CE du 27 septembre 1996). Les bryophytes, plus communément appelées mousses, sont utilisées depuis une trentaine d'années pour la biosurveillance de la qualité de l'air. Leurs caractéristiques biologiques font de ces plantes terrestres d'excellents bioaccumulateurs des dépôts de polluants atmosphériques. Cependant, elles ont été peu utilisées pour la biosurveillance des HAP et pour des échelles spatiales et temporelles très limitées. Dans ce contexte, la thèse a pour objectif de valider l'utilisation de bryophytes comme outils pour la biosurveillance des retombées atmosphériques de HAP à différentes échelles spatio-temporelles. La première phase de ce travail a consisté en un développement analytique afin de valider l'analyse des HAP par chromatographie liquide associée à une détection par fluorescence (CLHP-FLD), l'extraction liquide-liquide des HAP contenus dans les dépôts totaux et l'extraction par liquide pressurisé (PLE) des HAP contenus dans les mousses. Cette dernière a été optimisée, grâce à la réalisation d'un plan d'expériences, et a été complétée par des tests de purification par extraction sur phase solide (SPE). Des études de terrain ont ensuite été réalisées afin d'évaluer les tendances temporelles à l'échelle saisonnière, annuelle et historique, ainsi que les tendances spatiales à l'échelle locale et régionale, des teneurs en HAP dans les mousses. Une étude menée sur des mousses d'herbier prélevées dans le Parc Naturel de Bertiz (Navarre, Espagne) entre 1879 et 2007 a permis d'identifier les sources historiques d'émission des HAP. Les bryophytes apparaissent comme de bons « témoins » de la contamination atmosphérique du passé. Une étude annuelle (2010-2011) de biosurveillance active menée à Bertiz a permis ensuite d'observer des tendances saisonnières des teneurs en HAP dans les mousses Hylocomium splendens (Hedw.) Schimp., liées aux variations des émissions atmosphériques et des conditions météorologiques, en particulier des précipitations. De plus, l'étude annuelle a révélé un fractionnement lors de l'accumulation par les mousses des HAP contenus dans les dépôts totaux, qui résulte d'une affinité des HAP pour les dépôts liée à leur solubilité et d'une affinité des HAP pour le végétal liée à leur propriété lipophile (KOW). Ainsi, le suivi des flux atmosphériques de HAP dans les dépôts totaux ne permet pas de prévoir a priori les teneurs de HAP dans les écosystèmes. Enfin, une analyse multivariée de la distribution spatiale des teneurs en HAP dans l'espèce Hypnum cupressiforme Hedw. prélevée en Espagne (Navarre), France (Île-de-France) et Suisse (Plateau Suisse et région de Bâle) a permis de caractériser les sources de contamination atmosphériques des régions étudiées et l'influence de paramètres environnementaux tels que l'altitude et la pluviométrie. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants (POPs) emitted by human activities during incomplete combustion of organic matter (industry, domestic heating, road traffic…). Due to their low degradation rates, toxicity, long-range transport and bioaccumulation in organic matter, PAHs are monitored in the atmosphere (Council Directive 96/62/EC of 27 September 1996). Bryophytes, more commonly called mosses, have been used during the past three decades for biomonitoring air quality. Because of their biological characteristics, these terrestrial plants are excellent bioaccumulators of airborne pollutants. However, few studies concern PAH biomonitoring and they are usually restricted to studies limited in time and space. In this context, the thesis aims to validate bryophytes as tools for biomonitoring atmospheric deposition of PAHs on various space-time scales. The first step of this work consisted in developing the analytical procedures in order to validate PAH analysis by liquid chromatography associated with fluorescence detection (HPLC-FLD), liquid-liquid extraction of PAHs from bulk deposition and pressurized liquid extraction (PLE) of PAHs from mosses. The latter was optimized with a factorial design and was completed by purification tests with solid phase extraction (SPE). Field studies were then carried out to evaluate temporal trends of PAH levels in mosses at seasonal, annual and historical scales, as well as spatial trends, at local and regional scales. A study undertaken on herbarium mosses sampled in Bertiz Natural Park (Navarra, Spain) between 1879 and 2007 leaded to the identification of PAH historical emission sources. Bryophytes appear as excellent “witnesses” of the past atmospheric contamination. An annual biomonitoring study (2010-2011) at Bertiz showed seasonal trends of PAH content in mosses Hylocomium splendens (Hedw.) Schimp., which are related to variations of PAH emissions and weather conditions, particularly precipitations. Moreover, the annual study revealed a fractionation of PAHs while they are transferred from total deposition to the mosses, as the affinity of PAHs for deposition samples was related with their solubility and their affinity for the plant was related to their lipophilic property (KOW). Thus, monitoring PAH fluxes in total deposition does not give an a priori estimation of PAH contents in the ecosystems. Finally, multivariate analysis of the spatial distribution of PAHs in the species Hypnum cupressiforme Hedw. sampled in Spain (Navarra), France (Île-de-France) and Switzerland (Swiss Plateau and Basel area) leaded to the characterization of the atmospheric contamination sources in the different areas and the influence of environmental parameters such as elevation and pluviometry.

Les Polluants Organiques Persistants (POPs), largement présents dans l'environnement via les stations d'épuration des eaux usées (STEP) et l'activité anthropique de l'Homme constituent une source de contamination du milieu aquatique. L'évaluation du risque environnemental de ces composés implique leur analyse chimique quantitative et spécifique et l'estimation de leur origine vis-à-vis des zones contaminées. Cette étude consiste en une analyse qualitative et quantitative, à l'échelle internationale, pour une trentaine de composés organiques représentatifs en termes d'utilisation et pertinents en termes d'impact environnemental. L'approche mise en œuvre intègre une étape de détection et une étape d'évaluation de la toxicité des composés ciblés afin d'estimer leur niveau de risque écotoxicologique. La détection de ces composés dans les matrices sédiments a nécessité la mise au point d'une méthode d'extraction Soxhlet et le développement d'une méthode de détection par GC-MS. La validation de cette méthode a permis de mener à bien une campagne d'échantillonnage de 54 stations répartis sur 4 bassins versants (l'Arc, l'Huveaune, la Durance, l'étang de Berre et le Oued Medjerda), afin d'évaluer le niveau de contamination par les POPs. Ce travail se propose d'effectuer un échantillonnage orienté (avant et après des ouvrages majeurs tels que STEP, Industries …) de sédiments des différents cours d'eaux de la zone Méditerranée et d'étudier à la fois les taux de contamination ainsi que l'origine des POPs. Sur le plan régional et international, ce sujet répond à une demande sociétale forte. / Persistent Organic Pollutants (POPs), largely present in the environment via sewage wastewater (WWTP) and anthropogenic activities are a source of contamination of the aquatic environment. The environmental risk assessment of these compounds involves their specific and quantitative chemical analysis and estimation of their origin next to the contaminated areas. This study was a qualitative and quantitative analysis, internationally, for about thirty organic compounds representative in terms of use and relevant in terms of environmental impact. The approach used incorporates a detection step and a step for evaluating the toxicity of the compounds targeted to estimate their level of ecological risk. The detection of these compounds in the sediment matrix required the development of a Soxhlet extraction method and the development of a method of detection by GC-MS. Validation of this method allowed to carry out a sampling campaign of 54 stations spread over four watersheds (Arc, Huveaune, the Durance, the Etang de Berre and Oued Medjerda), to assess the level of contamination by POPs. This work intends to carry out a guided sampling (before and after major works such as STEP, industries ...) sediments of different rivers in the Mediterranean area and study both infection rates and the origin of POPs. At the regional and international levels, the subject responds to a strong societal demand. Indeed, it is essential to characterize the quality of streams and to estimate their contamination. This work has allowed a consistent inventory level of contamination. The PAH analysis is done by gas chromatography-mass spectrometry (GC / MS).

Ce travail a pour objectif d'étudier la formation des aérosols organiques secondaires (AOS) formés dans l'atmosphère à partir de l'oxydation en phase gazeuse de composés organiques volatils en présence d’oxydants atmosphériques (ozone, radicaux hydroxyle, chlore et nitrate). Parmi eux, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont été proposés comme étant une source potentiellement importante d’AOS d’origine anthropique. Ainsi, l’oxydation de quatre HAP gazeux majoritaires (naphtalène, acénaphtylène, acénaphtène et phénanthrène) en présence des principaux oxydants atmosphériques a été menée afin de déterminer la formation d’AOS. La caractérisation des phases gazeuse et particulaire par spectrométrie de masse et spectroscopie optique a permis d’identifier les principaux produits d’oxydation afin de proposer des mécanismes réactionnels conduisant à la formation d’AOS. Les différents rendements de formation ont également été déterminés dans le but d'évaluer l'impact de l'oxydation des HAP en phase gazeuse comme source d’aérosols. Les expériences ont été conduites en chambres de simulation atmosphérique ainsi qu'en réacteur à écoulement. L'évolution de l'AOS au cours de son vieillissement a également été étudiée pour identifier les différents processus oxydatifs mis en jeu au sein de l'aérosol organique. / This work deals with the secondary organic aerosol (SOA) formation from gas phase oxidation of volatile organic compounds in the presence of atmospheric oxidants (ozone, hydroxyl radical, chlorine and nitrate radical). Among them, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have been proposed as an important potential source of anthropogenic SOA. The oxidation of 4 main gaseous PAHs (naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene and phenanthrene) in the presence of main atmospheric oxidants has been performed in order to investigate the SOA formation. Characterization of both gas and particulate phases has been carried out using mass spectrometry and optical spectroscopy allowing the identification of products in both phases. Then, chemical mechanisms have been proposed in order to explain SOA formation. SOA yields have been also determined to evaluate the impact of the gas phase oxidation of PAHs in SOA formation. Experiments have been carried out using flow tube and atmospheric simulation chambers. SOA fate has been investigated to determine the different oxidation processes involved in SOA aging.

La fin des activités industrielles liées au charbon et à son exploitation a laissé de nombreux sites et sols pollués en France et particulièrement dans le Nord-est de la France. Une terre issue d'une friche industrielle de cokerie (Neuves-Maisons, Lorraine, France) est étudiée en couplant les outils de la science du sol et de la géochimie organique afin de comprendre l'évolution à long terme de la dynamique des contaminants. Une première étape de caractérisation de la terre et de sa pollution montre que la fraction limon fin (2-20 µm) est la fraction la plus réactive avec la plus forte concentration en HAP extractible et occlus et la plus faible disponibilité, mettant en évidence des processus de préservation spécifique au sein de cette fraction. Des extractions sélectives de la MO anthropique au solvant, confirmées par des observations au MEB, montrent que la MO anthropique, contrairement à la MO naturelle, n'a pas un rôle de liant entre les particules de la terre. L'apport de MO naturelle, (i) en conditions contrôlées par incubation de débris végétaux pendant 15 mois ou (ii) in situ en parcelles lysimétriques plantées avec de la luzerne pendant 6 ans, conduit à une structuration de la terre, une activité microbienne accrue et à l'incorporation et au stockage de la matière organique fraîche végétale dans les limons fins. En revanche, la pollution n'est pas affectée par l'apport de matière organique fraîche. Ainsi, la concentration et la disponibilité des HAP présentent une tendance à la diminution au cours du temps, que la terre soit cultivée ou non. Ainsi, la matière organique fraîche n'apparaît pas comme un agent de mobilisation de la pollution à long terme pour ce type de terre historiquement contaminée / The end of industrial activities associated to coal exploitation left many huge areas of wastelands especially in the Northeast of France. A former coking plant soil was studied with a combination of soil science and organic geochemistry tools in order to understand the evolution of the contaminants dynamic. In a first step, the soil and its pollution were characterized. The results showed that the fine silt fraction (2-20 µm) was the most reactive with the highest PAH concentration (extractable or occluded) and the lowest PAH availability. This fraction played a protective role toward the pollution. Moreover, solvent extractions of the anthropogenic organic matter showed that the anthropogenic organic matter was not a structuring agent between the particles in the soil. These observations were confirmed by SEM observations. In a vegetation growth context, (i) under controlled conditions with incubation of organic residue during 15 months and (ii) in situ in lysimetric plots planted with alfalfa during 6 years, the soil structure and the microbial biomass were promoted and the fresh organic matter was preferentially incorporated and stored in the fine silts. However, the pollution was not affected by the fresh organic matter addition. Both PAH concentration and availability showed a trend to decrease with the time of experiment. Thus, the fresh organic matter did not appear as a mobilizing agent for the pollution and would most probably contribute to pollution stabilization on the long term

O co-processamento de resíduos em fornos de cimenteiras é uma alternativa de destinação de resíduos que consiste em substituir combustíveis ou matérias primas usados na fabricação do clínquer por diversos resíduos que apresentem poder calorífico e propriedades similares. Os resíduos são co-processados a temperaturas altas, porém podem ocorrer emissões de diversos poluentes devido a variedade de resíduos que podem ser co-processados. Entre esses poluentes estão os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA), que podem ser emitidos nas chaminés dos fornos das cimenteiras, ou também podem estar presentes no ambiente interno das mesmas. Considerando que os HPA são compostos orgânicos que apresentam potencial carcinogênico e/ou mutagênico, e assim oferecem risco à saúde humana, esse estudo tem o objetivo apresentar uma avaliação preliminar da presença e dos níveis de concentração de HPA em uma indústria de cimento que co-processa resíduos. As análises de HPA no ambiente ocupacional foram realizadas seguindo a metodologia proposta do NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health). Para isso utilizou-se como ferramenta analítica a técnica de cromatografia a líquido de alto desempenho (CLAE) com detecção por fluorescência, acompanhada da otimização e avaliação dos principais parâmetros analíticos do método, possibilitando assim a determinação dos 17 HPA prioritários pela NIOSH com confiabilidade analítica. Os resultados indicaram a presença de vários HPA no ambiente de trabalho estudado, porém numa concentração baixa (faixa de ng.m-3) e dentro da faixa de concentração encontrada em trabalhos em ambientes convencionais. Este estudo foi desenvolvido com a colaboração da FUNDACENTRO/MTE. / The co-processing of residues in furnaces of cement industries is an alternative to dispose residues by substituting conventional combustibles and raw materials used for production of clinker by diverse organic residues of similar properties and calorific power. Co-processing is made at high temperatures, but emission of diverse pollutants may occur as a consequence of the large diversity of residues that are processed. Among these pollutants, Polycyclic Hydrocarbons (PAH) may be either emitted in the chimneys of the furnaces, or be present in the interior ambient of these industries. PAH pose risk to human health because they are organic compounds having potential carcinogenic and mutagenic activities. The present study aims to show the results of a preliminary evaluation of the presence and concentration levels of PAH in a cement industry co-processing residues. PAH analyses in the occupational environment were made according the methodology recommended by NIOSH (National Institute of Occupational Safety and Health). High performance chromatography (HPLC) with fluorescence detection was the analytical technique used for analyses. Optimization and evaluation of the major analytical parameters allowed the determination of the 17 PAH prioritized by NIOSH to be made with analytical confidence. Results showed the presence of several PAH in the studied environment, but at low concentrations (in the range of ng.m-3). These concentrations are of similar magnitude to the ones found in conventional environments. The present study was made in collaboration with FUNDACENTRO/MTE.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie grave caractérisée par une obstruction progressive des artères pulmonaires de petit calibre, conduisant à une augmentation des résistances vasculaires pulmonaires et, à terme, à une défaillance cardiaque droite et au décès du patient. La vasoconstriction, le remodelage vasculaire et la dysfonction endothéliale pulmonaire sont autant de facteurs qui contribuent au développement et à la progression de la maladie. Plusieurs arguments sont également en faveur d’une hypothèse de désordres immunologiques, voire autoimmuns, dans la physiopathologie de l’HTAP. Malgré ces données, le lien entre endothélium pulmonaire et système immunitaire dans cette maladie restent peu connus. Ce travail de thèse a donc eu pour objectif d’étudier et mieux comprendre la nature et les conséquences d’une communication aberrante entre cellules endothéliales pulmonaires et système immunitaire dans la pathogénèse de l‘HTAP, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour cela, nous avons analysé le rôle de la dysfonction endothéliale dans la régulation de deux processus de la dysfonction immunitaire : l’autoimmunité pour la réponse adaptative d’une part, et la sécrétion de cytokines en ce qui concerne la réponse innée d’autre part. A travers ce travail de thèse, nous avons mis en évidence l’existence d’une communication aberrante entre endothélium pulmonaire et système immunitaire dans l’HTAP et montré que l‘endothélium pulmonaire jouait un rôle primordial dans le contrôle des réponses adaptatives, en régulant la fonction des lymphocytes T régulateurs via la leptine, et dans la participation active à la réponse innée, en acquérant un phénotype pro-inflammatoire. Cette meilleure compréhension du rôle de la dysfonction endothéliale dans la dérégulation du système immunitaire présente dans l’HTAP pourrait aider au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans cette maladie. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a severe disease characterized by a progressive obstruction of small pulmonary arteries, leading to an increase in pulmonary vascular resistance and ultimately right heart failure and death. Vasoconstriction, vascular remodeling and pulmonary endothelial dysfunction contribute to the disease development and progression. Increasing evidence are also suggesting the importance of immune disorders, such as autoimmunity, in PAH pathophysiology. Despite these data, the link between pulmonary endothelium and immune system is still unclear. The objective of this work was to investigate and elucidate the nature and the consequences of an aberrant communication between pulmonary endothelial cells and immune system in PAH pathogenesis, in order to identify new therapeutical targets. Therefore, we analyzed the role of endothelial dysfunction in the control of two types of altered immune responses: autoimmunity for the adaptive response and cytokine secretion for the innate response. In this work, we highlighted the existence of an aberrant communication between pulmonary endothelium and immune system in PAH and showed that pulmonary endothelium played a key role in the control of adaptive responses, by regulating regulatory T lymphocyte function in a leptin-dependent manner, and by actively participating to the innate responses through a pro-inflammatory phenotype. A better understanding of the role of endothelial dysfunction in PAH immune system dysregulation may help to the development of new therapeutical strategies for this disease.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) représentent une famille de polluants atmosphériques issus de la combustion incomplète de la matière organique. Ils sont ainsi présents dans l'atmosphère polluée des villes, la fumée de cigarette et certaines industries. Une exposition aux HAP peut être à l'origine de cancers du poumon, de la peau et de la vessie. A ce titre, certains HAP sont suspectés ou reconnus cancérigènes pour l'Homme, comme le Benzo[a]pyrène (B[a]P), par leur capacité à induire des dommages à l'ADN après métabolisation. Malgré une émission systématique des HAPs en mélanges, la majorité des études s'est intéressée à l'effet génotoxique des HAP purs et principalement au B[a]P. Afin de fournir des données mécanistiques sur la génotoxicité et le mode d'action des mélanges de HAP, nous avons réalisé une étude in vitro dans des lignées cellulaires de poumons (A549), de vessie (T24) et de foie (HepG2). Les dommages à l'ADN ont été suivis par la mesure des adduits par HPLC-MS/MS et des dommages oxydatifs par la méthode des comètes, ainsi que le métabolisme par l'induction des gènes par RT-qPCR et les activités enzymatiques des CYP540 de phase I (EROD) et de phase II (GST). Dans un premier temps, l'utilisation du B[a]P, comme composé modèle a montré une absence quasi-totale de métabolisation et de génotoxicité pour T24. Par contre, la formation d'adduits et l'induction de la métabolisation a été mise en évidence pour A549, avec des effets notamment de dose-réponse « en cloche » similaires à ceux observés dans d'autres modèles de poumons. Nous avons ensuite étendu cette démarche à 12 HAP prioritaires et étudié leur métabolisation et la formation d'éventuels adduits en se focalisant sur la lignée pulmonaire A549. La combinaison de ces HAP au B[a]P dans des mélanges binaires ou dans des mélanges plus complexes mimant des mélanges environnementaux entraine une forte inhibition de la formation des adduits issus du B[a]P sans apparition d'adduits d'autres HAP. Par ailleurs, nous avons observé dans le cas des mélanges complexes une bonne corrélation entre l'activité EROD et la formation des adduits à l'ADN, alors que les gènes de phase sont eux surexprimés par l'exposition au mélange par rapport au B[a]P pur. Les mécanismes par lesquels s'exerce cette inhibition des adduits restent encore à élucider mais la métabolisation des HAPs constitue une étape clé dans la génotoxicité des mélanges à travers des phénomènes d'inhibition ou de compétition au niveau des CYP entrainant une inhibition de l'activité EROD. Il est donc clair que l'étude des HAP de façon individuelle n'est pas suffisante pour appréhender la génotoxicité des mélanges complexes. L'approche FET, couramment utilisée pour évaluer le risque lié à l'exposition aux mélanges de HAP, repose sur l'additivité des effets toxiques et néglige les interactions métaboliques entre les différents HAP. L'amélioration de cet outil de prédiction est nécessaire et passe obligatoirement par l'étude des mécanismes sous-jacents qui relient la composition des mélanges, leur métabolisation et leur génotoxicité. / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) represent a family of ubiquitous atmospheric pollutants produced upon incomplete combustion and thus present in polluted atmosphere of the cities, in cigarette smoke and in certain industries. Exposure to HAP can cause lung, skin and bladder cancers. For this reason, some PAHs are suspected or recognized carcinogenic to humans, especially Benzo[a]pyrene (B[a]P), through their ability at inducing the formation of DNA damage after metabolization. In spite of the systematic emission of PAHs in mixtures, the majority of the studies was interested in the genotoxic effect of pure PAH and mainly B[a]P. In order to provide mechanistic data on the genotoxicity and the mode of action of PAH mixtures, we designed an in vitro study using cell lines representative of lungs (A549), bladder (T24) and liver (HepG2). DNA damage was investigated through the quantification of adducts by HPLC-MS/MS and of oxidative damage by the Comet assay. In addition, the metabolism was studied by analyzing genes induction by RT-qPCR and enzymatic activities of phase I CYP540 (EROD) and phase II (GST). First, the use of B[a] P, as a reference compound showed a quasi-total absence of metabolization and genotoxicity for T24. In contrast, the formation of DNA adducts formation and the induction of metabolization was highlighted for A549, with a bell-shaped dose-response curve similar to those observed in other lungs models. Then we extended this approach to 12 priority PAH and analyzed their metabolization and the possible formation of adducts focusing on the pulmonary cell line A549. The combination of these HAP to B[a]P in binary mixtures or in complex mixtures representative to environmental exposures led to a strong inhibition in adducts formation induced by B[a]P without outbreak of adducts from other PAH. In addition, we observed, in the case of complex mixtures, a good correlation between the EROD activity and the formation of adducts in DNA, while phase I genes were always overexpressed after exposure to mixtures when compared to pure B[a]P. The mechanisms involved in the inhibition of DNA adducts remain to be elucidated but PAHs metabolization represents a key step in the mixtures genotoxicity through inhibition or competition of CYP resulting in an inhibition of EROD activity. It is thus clear that the study of the HAP in an individual way is not sufficient to understand the genotoxicity of complex mixtures. The TEF Approach, usually used to asses the risk related to PAH mixtures exposure, relies on toxic effects additivity and ignores metabolic interactions between the various PAH. The improvement of this prediction tool is essential and involves necessarily the study of the underlying mechanisms which connect mixtures composition, their metabolization and their genotoxicity.

Le sujet de la thèse porte sur l'élaboration de nouveaux matériaux MOx (M=Ti,Zr) nanostructurés et fonctionnalisés en surface pour l'élimination des micro-polluants HAP dans des effluents aqueux. Compte tenu de la nature des polluants visés, nous avons choisi de travailler sur des fragments organiques (R) mono- ou poly-aromatiques, pouvant former des complexes de transfert de charge (π-stacking) avec les HAPs en solution, étant donné que ces interactions sont effectives en milieu aqueux. Dans le but d'obtenir un greffage efficace et pérenne, nous avons sélectionné des greffons phosphonates R-P(O)(OH)2 plutôt que carboxylates R-COOH. Ce projet a donc consisté en l'élaboration de différents ligands de type acides phosphoniques comportant au moins une insaturation via une addition d'Aza-Michael. La modification de précurseurs hétéroleptiques a pu conduire à la formation de matériaux hybrides en une seule étape par le procédé sol-gel. Cette approche moléculaire « bottom-up & one pot » a permis l'obtention de nanoparticules cristallisées (pour le titane) et fonctionnalisées en surface de façon contrôlée. Ces nanomatériaux ont ensuite été évalués, seuls ou supportés sur textiles, pour l'élimination de 16 HAP (considérés prioritaires par l'agence américaine EPA). Les matériaux nanocomposites (textiles / oxyde) fonctionnalisés ont démontré les mêmes performances d'adsorption des HAPs que les poudres hybrides nano-structurés, tout en apportant l'avantage supplémentaire de traiter efficacement de plus grands volumes d'eaux pollués en un temps plus court. Enfin ces matériaux peuvent être recyclés ce qui est totalement impossible avec les matériaux carbonés usuels du type charbon actif / The subject of the thesis concerns the elaboration of new hybrid nanomaterials Mox (M=Ti, Zr)n for the elimination of PAH micro-pollutants in aqueous effluents. Taking into account the nature of such pollutants, we chose to work on organic fragments (R) mono- or poly-aromatic, which could form complexes or transfer (p-stacking) with the HAPs in solution, given that these interactions are effective in aqueous media. In order to obtain an effective and long-lasting grafting, we selected phosphonates R-P (O)(OH)2 ligands rather than carboxylates ones R-COOH. This poject thus consisted of the elaboration of different ligands of phosphonic acid containing at least one insaturation via an Aza-Michael addition. Heteroleptic molecular precursors were obtained by reaction between metallic alkoxides and various phosphonic acids, and led us hybrid nanomaterials in a single stage by sol-gel process. This molecular approach “bottom-up & one pot” allowed the obtaining of crystallized nanoparticles (for the titanium) and the control of the surface functionalization. The performances of these nanomaterialsThe performances of these nanomaterials were then tested, alone or supported on fabrics, for the elimination of HAP (considered as priority by the American agency EPA). The results of adsorption of the HAPs on the various synthesized nanomaterials show an exceptional efficiency of materials to adsorb 16 HAPs. The nanocomposite materials (textile/oxides) demonstrated the same performances of adsorption of the HAPs as the hybrid nano-structured powders, while bringing the additional benefit to treat effectively bigger volumes of waters polluted within shorter time. Finally these materials can be recycled which is totally impossible with the usual carbon materials such as activated charcoal