Ce travail de thèse a pour premier objectif le développement de méthodologies d’extraction (HS-SPME) et d’analyse (GC-MS, GC-MS-MS) des hydrocarbures pétroliers volatils (aromatiques et aliphatiques) dans la phase dissoute et la phase sédimentaire. Le deuxième objectif concerne le développement d’un nouvel outil d’échantillonnage passif des HAP dissous (POCIS-« like »). Les méthodologies développées ont été par la suite appliquées pour la caractérisation des hydrocarbures dans les effluents industriels pétroliers au cours d'expérimentations en conditions semi-contrôlées dans le cadre de deux projets de recherche (TOTAL, EMESTOX). Enfin un couplage de l’échantillonnage passif/ponctuel et biologique a été mis en oeuvre pour le suivi des HAP dans deux écosystèmes aquatiques français : le bassin d’Arcachon et l’estuaire de la Gironde. / Hydrocarbons originating from telluric discharges and accidental spills constitute a major source of pollution in the aquatic systems. These compounds are present at trace levels in the dissolved phase due to their hydrophobicity and/or their volatility, and are characterized by variable concentrations in the water body depending on discontinuous inputs, dilution phenomena, tidal cycles…Therefore, in order to raise the analytical and environmental challenges generated by the hydrocarbons in the aquatic systems, the present phD work focused on: i) methodological developments for the extraction and analysis of volatile petroleum hydrocarbons (aromatics and aliphatics) for both the dissolved and the sedimentary phases, in order to characterize the presence and fate of a petroleum contamination in these media, and ii) developments of new passive sampling tools for the sampling of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) which have proved their toxic character, while integrating the variability in the contaminant concentrations in the dissolved phase.

Préserver les ressources en eau est l’une des problématiques environnementales majeures du 21è siècle. Pour faire face à cette nécessité, il est essentiel de mettre en place une surveillance réglementée de la qualité des eaux et des rejets se déversant dans le milieu aquatique et de développer de nouveaux outils d’échantillonnage. L’échantillonnage ponctuel est la technique la plus facile à mettre en œuvre. Toutefois, elle n’est pas toujours représentative d’un milieu hétérogène parfois soumis à des variabilités spatiales et temporelles importantes. L’échantillonnage passif, notamment avec l’outil POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler), est une approche complémentaire aux techniques traditionnelles, qui permet de concentrer des molécules organiques semi-polaires directement sur site. La pertinence du résultat obtenu (la concentration moyennée sur la durée d’exposition), couplée à la simplicité de sa mise en œuvre en font a priori un outil de choix pour suivre des hydrosystèmes complexes.Dans ce contexte, des familles des composés diversifiées ont été sélectionnées : pesticides, composés pharmaceutiques, hormones stéroïdiennes et composés perfluorés. Au sein de chaque famille, plusieurs composés traceurs, présents dans l’environnement, comportant des propriétés physico-chimiques variées et aux statuts règlementaires différents (Directive Cadre sur l’Eau notamment), ont été choisis.Des essais d’optimisation de design du POCIS (quantité et nature de phase réceptrice, nature de la membrane) ont été conduits, menant à la validation de la configuration classique dans le cas général. L’influence de différents paramètres environnementaux pertinents : débit, température, matrice, présence de biofilm et dispositif de déploiement a été évaluée lors de calibrations de l’outil réalisées dans des systèmes de complexité croissante : au laboratoire, sur pilote et sur site.Les différents déploiements sur site (effluent de STEP et rivière) ont permis de valider l’utilisation de cet outil de prélèvement passif dans le cadre d’un suivi environnemental. Le potentiel du POCIS a été pleinement confirmé, tant en termes de logistique que de résultats (justesse par rapport aux concentrations mesurées par des techniques classiques, intégration d’événements ponctuels, limite de quantification…). / The protection of water resources is one of the major environmental stakes of 21st century. Regulation concerning water quality and effluents is therefore definitely needed, as well as new approaches regarding water sampling. Spot sampling is the easiest strategy. However, it may not be representative of a heterogeneous matrix, with sometimes important spatial and temporal variability. Passive sampling, including POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) is a complementary approach, which enables an on-site pre-concentration of semi-polar organic compounds. The relevance of the result (time-weighted average concentrations) and the ease to implement POCIS make it an appropriate tool to monitor complex hydrosystems.Within this work, various compound classes were selected: pesticides, pharmaceuticals, steroid hormones and perfluorinated compounds. Among each family, several tracer molecules, widely encountered in the environment, with different physic-chemical properties and regulatory status (particularly in the Water Framework Directive), were chosen.POCIS design optimization (amount and nature of sorbent, nature of membrane) was carried out, leading to the validation of the standard configuration for general purposes. The impact of different relevant environmental parameters (flow-rate, temperature, matrix, biofouling and deployment device), was assessed during calibrations of POCIS conducted in systems of increasing complexity: in the laboratory, at pilot-scale and on-site.All on-site deployments (WWTP effluent and river) enabled to validate the use of this passive sampling tool in the framework of an environmental monitoring. The potential of this tool was fully confirmed, both logistically and in terms of results (trueness compared to concentrations measured with traditional techniques, integration of punctual events, quantification limit…).

Kern der Arbeit bildete die Entwicklung einer Fluxmeter-Passivsammlereinheit für hydrophobe organische Substanzen im Grundwasser kontaminierter Standorte sowie deren Testung im Feld. Ferner kamen Keramik-Dosimeter unter identischen Feldbedingungen zum Einsatz. Die Ergebnisse der beiden passiven Sammelsysteme wurden mit herkömmlicher Grundwasserprobennahmetechnik mithilfe von Unterwassermotorpumpen verglichen und bewertet. Grundlage für den Einsatz der Passivsammlereinheit als „mass flux meter“ bildete die Kenntnis über den Volumenstrom im Bohrloch und den reduzierten Volumenstrom in der Passivsammlereinheit und andererseits über die räumliche Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeit und der daraus resul¬tierenden heterogenen Geschwindigkeitsverteilung bzw. der Volumenströme über so genannte Kontroll¬ebenen bzw. Teilbilanzräume. Anhand numerischer Modelluntersuchungen konnten der Filterwiderstand der Passivsammlereinheit und die Strömungsverteilung in Modellkontrollebenen und im Feld näherungsweise bestimmt werden. Die Bestimmung des Volumenstromes des untersuchten Standortes wurde zum einen mithilfe von numerischen Modelluntersuchungen an stochastisch generierten quasi-3-dimensionalen Modellen mit hydro¬dynamischen Randbedingungen und kF-Wertverteilungen aus dem Feld und zum anderen mithilfe von Einbohrlochverfahren durchgeführt. Als Einbohrlochverfahren kamen zum einen ein optisches Kolloid-Logging (Grundwasserfluss-Visualisierungssystem) und zum anderen ein modifiziertes Fluidlogging-Verfahren mit Hilfe eines Salztracers zum Einsatz.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der passiven Probenahme von hydrophoben organischen Schadstoffen in Oberflächengewässern: Polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), polychlorierte Biphenyle (PCB), polybromierte Biphenylether (PBDE), Organochlorpestizide (u. a. HCH, DDX) und weitere hydrophobe Pestizide. Die Zielstellung dieser Arbeit lag bei der Validierung des Silikonstabs als Alternativmethode im Gewässermonitoring zu konventionellen Probenahmetechniken wie Schöpf- und Wochenmischproben der Wasserphase sowie Schwebstoffanalysen. Die Probenahme mit dem Silikonstab erfolgte durch dessen Exposition im Gewässer für einen Zeitraum zwischen einer Woche und mehreren Monaten. Nach Einholung wurden die im Silikonstab akkumulierten Schadstoffe (Analyten) mittels instrumenteller Analytik quantifiziert. Die Probenaufgabe erfolgte ohne vorherige Lösungsmittelextraktion durch direktes Erhitzen des Silikonstabs, wodurch die Analyten vom Polymer desorbieren (Thermodesorption). Die durch Hitze freigesetzten Analyten wurden direkt auf eine chromatographische Trennsäule gegeben und massenspektroskopisch quantifiziert. Nach Erhalt der Ergebnisse der Silikonstab-Analytik gibt es verschiedene Herangehensweisen für die Berechnung der zeitgemittelten Analytkonzentrationen im Gewässer, die in dieser Arbeit vorgestellt und diskutiert werden. Dazu gehören die Verwendung von experimentellen Daten aus Kalibrierversuchen und Berechnungen auf Grundlage von physikochemischen Eigenschaften der Analyten wie dem Sammler-Wasser-Verteilungskoeffizienten. Im Zuge dieser Arbeit wurde die Aufnahmekinetik des Silikonstabs bei verschiedenen Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten mit Hilfe von Kalibrierversuchen untersucht. Die gewonnenen experimentellen Daten wurden für die Entwicklung von Rechenmodellen herangezogen, mit denen das Aufnahmeverhalten vorgesagt werden soll. Es wurden Sammler-Wasser-Verteilungskoeffizienten für den Silikonstab u. a. mit der Kosolvenzmethode bestimmt und als Parameter für die Berechnung von zeitgemittelten Analytkonzentrationen des Gewässers verwendet. Für die Validierung wurde der Silikonstab in zwei Gewässergütemessstationen der Fließgewässer Mulde (Dessau) und Elbe (Magdeburg) in Durchflussbehältern exponiert und die zeitgemittelten Analytkonzentrationen mit verschiedenen Rechenmodellen bestimmt. Die erhaltenen Werte werden mit gleichzeitig entnommenen Wochenmischproben der Wasserphase sowie monatlichen Schwebstoffproben verglichen und die Eignung des Silikonstabs als alternative Probenahmemethode für das Umweltmonitoring von Oberflächengewässern diskutiert.

Passive sampling, as opposed to the conventional spot or bottle water sampling technique, has shown to be reliable and efficient in monitoring the toxicologically relevant, freely dissolved (e.g. bioavaialable) concentrations of a wide range of organic contaminants in water. At the same time, partitioning controlled delivery (passive dosing; PD) techniques promise to overcome many of the challenges associated with toxicity testing of hydrophobic substances that may bias the interpretation of toxicity data. The present study investigated the feasibility of coupling silicone rubber passive sampling devices (SR-PSDs) with bioassay techniques for both chemical and ecotoxicological assessment of complex mixtures of organic contaminants in the aquatic environment. SR-PSDs were deployed in water at various locations within the Ythan catchment (north east, Scotland, UK), Forth estuary and the Firth of Forth (east coast of central Scotland, UK) for 7 to 9 weeks. Following retrieval, extracts from the SR-PSDs were analysed for dissolved concentrations of a variety of organic contaminants including PAHs and PCBs using GC-MS and GC-ECD respectively and were screened for a wide range of pesticides using GC-MS/MS and LC-MS/MS. The extracts were further evaluated for acute cytotoxicity (i.e. neutral red uptake assay) and EROD induction potential using rainbow trout liver cell line (Oncorhynchus mykiss; RTL-W1) and for phytotoxicity and developmental toxicity potential using algal growth inhibition test (with a marine phytoplankton, Diacronema lutheri) and fish embryo toxicity test (with embryos from zebrafish Danio rerio) respectively. Overall, the individual and total dissolved concentrations of PAHs (ΣPAH40; parent and branched) and PCBs (ΣPCB32; ortho and mono-ortho) measured in water from the Ythan, Forth estuary and Firth of Forth were relatively low compared with other studies using PSDs. A number and level of pesticides, including insecticides, herbicides and fungicides of varying hydrophobicity (log KOWs ~2.25 to ~5.31) were detected in the silicone rubber (SR) extracts from the Ythan catchment, the Forth estuary and the Firth of Forth, suggesting input mainly from agricultural run-off and possibly from direct discharges. No statistically significant (p<0.05) acute cytotoxicity was observed following 48 h exposure of RTL-W1 cells to SR extracts from the Ythan catchment. But, on a sublethal level, for every site, statistically significant EROD activity was observed to some degree following 72 h exposure. In addition, developmental and algal toxicities on embryos of D. rerio and D. lutheri respectively, were measured in all the deployed samples compared with the procedural controls (undeployed samples). Interestingly, extracts of SR-PSDs from the Forth estuary and the Firth of Forth exhibited growth inhibitions on D. lutheri that were similar to those of extracts from the Ythan, even though, fewer numbers of pesticides were detected in the Forth estuary and Firth of Forth than the Ythan. This suggests that pesticides were not solely responsible for the observed effects in the Ythan catchment. To further improve data from toxicity testing of hydrophobic substances, the study identified the use of SR O-rings as a suitable passive dosing format in in vitro toxicity tests and was partially validated through their use in dosing RTL-W1 cells with two individual PAHs and subsequently determining cytotoxicity and EROD-activity.

Malgré une sensible baisse des ventes depuis quelques années, la France reste le premier utilisateur européen de phytosanitaires. Ceci n’est pas sans conséquences sur l’environnement et les organismes non visés par ces produits. De nombreuses études ont permis d’une part de mieux comprendre les phénomènes de transfert des pesticides dans les compartiments eau-air sols et d’autre part de mettre en évidence leur contamination. Les données concernant l’eau sont plus nombreuses du fait de son statut de réceptacle ultime des pollutions.et des normes établies par les textes réglementaires. La Directive Cadre européenne sur l’Eau (DCE) adoptée en 2000 vise à atteindre le bon état chimique et écologique des eaux d’ici 2015 avec une obligation de résultats. Le bon état chimique dépend du respect des normes de qualité environnementales (NQE) établies notamment pour 24 pesticides. En 2012, 5% des points de mesure en cours d’eau et 19% des points de mesure en eaux souterraines ne respectent pas ces NQE.Le Languedoc Roussillon est depuis de nombreuses années la première région viticole de France et souffre d’une pression phytosanitaire importante. En 2014, un rapport de l’Agence Régionale de Santé (ARS) fait même état de l’utilisation encore récente de pesticides interdits (simazine, terbuthylazine…) depuis le début des années 2000. L’ARS a de plus affirmé que la plupart des cas de non-conformité avérés pouvaient être rattachés à la présence d’activité agricole dans le bassin versant du captage.Remédier à ces contaminations passe par le suivi de la qualité des eaux et la caractérisation de la pollution. Les outils actuels s’avèrent ne pas être toujours représentatifs de cette pollution ;de nouveaux outils sont donc mis au point. L’étude présentée ici porte sur l’utilisation de l’échantillonnage passif de type POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) pour le suivi de la contamination en pesticides de trois bassins versants languedociens : Paulhan,Puissalicon, Roujan.Dans un premier temps, l’étude des limites possibles du dispositif POCIS a été faite pour évaluer son applicabilité dans les conditions d’exposition imposées par le terrain. Le comportement des molécules au sein de l’outil a été étudié pour une meilleure compréhension des phénomènes de diffusion qui s’y produisent. Ces études ont mené à la mise en place de calibrations en laboratoire en conditions contrôlées. [...] La mise en place des dispositifs POCIS sur les trois sites d’études a mis en évidence la prédominance de pesticides utilisés en viticulture et a montré tout l’intérêt de l’outil d’un point de vue qualitatif. La comparaison de l’outil avec l’échantillonnage automatisé montre des disparités entre concentration réelle et concentration estimée via le POCIS. Ce dernier reste à améliorer d’un point de vue quantitatif pour obtenir un échantillonneur fiable et robuste pour ce type de milieu d’exposition. / Despite a noticeable sales decrease since few years, France remains the first european user of phytosanitary products. This is not without consequences on the environment and the untargeted organisms. Several studies allowed on one hand to better understand phenomena of pesticides transfer in water-air and soils compartments and on the other hand to highlight their contamination. Data concerning the water are more numerous cause of its status of ultimate receptacle of pollution and standards established by regulatory texts. The european Water Framework Directive (WFD) adopted in 2000 aims to achieve good chemical and ecological status of water bodies by 2015 with an obligation of results. The good chemical status depends on respect for the Environmental Quality Standards (EQS) established, for instance, for 24 pesticides. In 2012, 5% of river measurement points and 19%of groundwater measurement points do not respect these EQS. For many years, Languedoc Roussillon is the first wine-producing region of France and suffers from a significant pesticide pressure. In 2014, a report from the Regional Health Agency (RHA) has mentioned a relatively recent use of banned pesticides since the early 2000’s like simazin and terbutylazin. Moreover, RHA stated that most of recognized cases of non-compliance could be linked to the presence of agricultural activity in the catchment basin.[...] The establishment of POCIS devices on the three study sites showed the predominance ofpesticides used in viticulture and showed all the interest of the tool on a qualitative point ofview. The comparison of the tool with the automated sampling shows disparities between real concentration and concentration estimated with the POCIS. However, it remains to improvethe tool on a quantitative way to obtain a reliable and robust sampler for this type of exposure medium.

Perfluoroalkyl substances (PFASs) are global environmental contaminants and a need for monitoring levels has arisen due to their persistency and their ability to bioaccumulate. One relatively novel method of monitoring for both long and short time intervals and generating time-weighted average (TWA) concentrations is passive sampling for which no power, maintenance and supervision is required. The polar organic compound integrative sampler (POCIS) with a weak anion exchange (WAX) sorbent and the POCIS with a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) adsorbent were calibrated for PFASs in a laboratory uptake experiment, and applied at a drinking water treatment plant (DWTP) in Stockholm, Sweden.   In the calibration study, all of the 14 studied PFASs were taken up by both passive samplers. Two and three out of the 14 studied PFASs had reached equilibrium after 28 days using POCIS WAX (PFBA and PFTeDA) and POCIS HLB (PFBA, PFPeA and PFTeDA), respectively. The sampling rate (Rs), which is the extracted water in liters per day, ranged between 0.003 and 0.10 L day-1 for the POCIS WAX and between 0.00052 and 0.13 L day-1 for the POCIS HLB. In general, Rs increased with increasing perfluorocarbon chain-length (C4 to C8) and for a perfluorocarbon chain-length longer than C8, Rs decreased with increasing perfluorocarbon chain-length (C8 to C13) for both passive samplers. FOSA had the highest Rs-value (0.10 and 0.13 L day-1) for both POCIS WAX and POCIS HLB, respectively. The POCIS WAX had a higher uptake for the short-chained PFASs PFBA (134 ng after 28 days), PFPeA (410 ng) and PFHxA (834 ng), compared to the POCIS HLB (0.5 ng, 58 ng, and 373 ng, respectively). For all other compounds, the accumulated amounts in the POCIS HLB were in the same range as in the POCIS WAX.   The application of the passive samplers at the DWTP showed that both passive samplers could detect ultra-trace (pg to ng L-1) levels of PFASs. A comparison of the TWA concentration showed that the two passive samplers had a good linear correlation (R2 = 0.63), but the TWA concentrations derived by POCIS WAX was approximately 40% higher compared to POCIS HLB. A comparison between the passive samplers and the grab samples did not show a correlation (R2 = 0.24 for POCIS WAX and R2 = 0.10 for POCIS HLB). The application also included a comparison of the removal efficiency in the conventional DWTP and a pilot plant with additional treatments steps of granulated activated carbon (GAC) and nanofiltration (NF). For the full-scale DWTP the average removal efficiency was 32% and high removal efficiency was observed for PFBA (81%). For the pilot plant, the removal efficiency was 100% for all the detected PFASs in the raw water. / Perfluoroalkylsubstanser (PFAS) har blivit uppmärksammade som globala miljöföroreningar, och ett behov av att övervaka dessa ämnens förekomst i miljön har uppkommit på grund av hög persistens i kombination med hög förmåga att bioackumulera. En relativt ny metod för tidsintegrerad provtagning är så kallad passiv provtagning. En adsorbent placeras i fält och ackumulerar PFAS från vattnet. Tillgång till elektricitet behövs inte, och behov av övervakning och underhåll är minimalt. I denna studie kalibrerades en så kallad ’polar organic compound integrative sampler’ (POCIS) för mätning av PFAS genom upptagsexperiment med två olika adsorbenter: en svag anjons adsorbent (WAX) och en hydrofil-lipofil balanserad adsorbent (HLB). Metodiken tillämpades sedan på vatten från ett dricksvattenverk i Stockholm, Sverige.   Upptagsexperimenten utfördes med 14 PFAS och samtliga togs upp av båda adsorbenterna. Två respektive tre av de studerade PFAS uppnådde jämvikt efter 28 dagar för WAX (PFBS och PFTeDA) samt HLB (PFBA, PFPeA och PFTeDA). Upptagshastigheten (Rs), det vill säga den volym som extraheras per dag, varierade mellan 0,003 och 0,1 L dag-1 för WAX och mellan 0,00052 och 0,13 L dag-1 för HLB. Generellt ökade Rs med en ökande längd på kedjan av perfluorerade kol upp till C8, för att sedan avta med ökande kedjelängd. FOSA hade det högsta Rs-värdet (0,10 och 0,13 L dag-1) för både WAX och HLB. WAX hade ett högre upptag (upp till 134, 410 och 834 ng) för PFAS med kort perfluorerad kolkedja (PFBA, PFPeA respektive PFHxA) jämfört med HLB (upp till 0,5, 58, och 373 ng). Den ackumulerade mängden för alla andra PFAS överensstämde väl mellan de båda provtagarna.   Mätning av PFAS halter i dricksvattenverket med hjälp av POCIS WAX och POCIS HLB visade att även PFAS kunde detekteras även vid miljörelevanta halter. En jämförelse mellan de båda passiva provtagarna visade på ett linjärt samband (R2 = 0,63), men där POCIS WAX hade en tendens att överskatta koncentrationen med ca 40%. En jämförelse mellan de passiva provtagarna och traditionell uppsamlingsprovtagning visade på låg överrensstämmelse (R2 = 0.24 för POCIS WAX och 0.10 för POCIS HLB). Vid tillämpningen gjordes även en beräkning för reningseffektiviteten av PFAS i dricksvattenverket och i en pilotanläggning där ytterligare rening med granulerat aktivt kol (GAC) och nanofiltration (NF) används. I dricksvattenverket var den genomsnittliga reningen 32%, med den högsta reningseffektiviteten för PFBA (81%). I pilotanläggningen var reningen 100% för alla upptäckta PFAS i råvattnet.

Le POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) est un outil d'échantillonnage intégratif alternatif aux techniques d'échantillonnages classiques (ponctuelle ou automatisée) dédié à la mesure de micropolluants organiques relativement hydrophiles dans les eaux. Cet outil permet d'intégrer les concentrations dans le temps (CTWA, Time-Weighted Average Concentration) et, dans certains cas, d'abaisser les limites de quantification. Une revue bibliographique détaillée a montré la forte variabilité des données de performances du POCIS mesurées en laboratoire (notamment les taux d'échantillonnage ou Rs). Cette variabilité résulte en majeure partie de systèmes expérimentaux d'étalonnage différents selon les études et pas toujours renseignés. Dans la littérature, les CTWA obtenues in situ sont comparées aux concentrations obtenues après échantillonnage classique, tel que mis en œuvre actuellement dans les programmes de surveillance européens ; ces concentrations sont dans la plupart des cas du même ordre de grandeur, même si elles ne représentent pas tout à fait la même information. Avec comme objectif d'obtenir des CTWA les plus justes et robustes possibles, nous avons étudié le comportement du POCIS « pharmaceutique » en laboratoire vis-à-vis de 56 micropolluants (hormones, pharmaceutiques, alkylphénols, pesticides, filtre UV), dans un système expérimental d'étalonnage conçu spécifiquement pour contrôler l'ensemble des conditions expérimentales ayant une influence sur les Rs. Nous avons ainsi déterminé 43 Rs robustes et démontré que le POCIS est bien adapté à l'échantillonnage de la plupart des molécules étudiées. De plus, l'allure des cinétiques d'accumulation est expliquée à l'aide des propriétés physico-chimiques des molécules (log D , surface polaire). Cinq homologues deutérés ont été identifiés en tant que PRC (Performance Reference Compounds), c'est-à-dire qu'ils peuvent être utilisés pour corriger les différences de conditions entre le laboratoire et le terrain. Nous avons également comparé le POCIS au Chemcatcher « polaire » en laboratoire et montré qu'en terme de domaine d'application et de performances, le POCIS est mieux adapté pour les micropolluants étudiés. Enfin, nous avons testé la justesse et la robustesse du POCIS lors de deux essais inter-laboratoires (EIL). Le premier EIL, portant sur l'étalonnage de l'outil en laboratoire, a démontré la robustesse de ses performances pour 3 pesticides. Le deuxième EIL in situ a démontré la pertinence du POCIS pour échantillonner des hormones, des pharmaceutiques et des pesticides dans un effluent de station d'épuration. Cette thèse permet d'avancer dans le domaine des connaissances sur l'outil POCIS et de favoriser son application dans le cadre de la directive sur l'eau / The POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) is an alternative integrative sampling tool to conventional sampling methods (grab or automated) for measuring hydrophilic organic micropollutants in water. This tool permits to supply time-weighted average concentrations (TWAC) and, sometimes, to decrease limits of quantification. A detailed bibliographic review showed the important variability of POCIS performance data measured in laboratory (notably the sampling rates or Rs). This variability is in majority due to different experimental calibration systems, not always well detailed, among studies. In the literature, in situ TWAC are compared to concentrations from conventional sampling, actually used in European monitoring programs ; these concentrations are generally of the same order of magnitude, even if they do not represent the same information. In order to obtain accurate and robust TWAC, we studied in laboratory the “pharmaceutical” POCIS behavior for 56 micropollutants (hormones, pharmaceuticals, alkylphenols, pesticides, UV filter), in a calibration system specifically made for controlling the whole experimental conditions having an influence on Rs. We determined 43 robust RS and demonstrated that POCIS is well adapted for sampling most of studied molecules. Moreover, the pattern of kinetic accumulations is explained using molecule physical-chemical properties (log D, polar surface). Five deuterated homologues were identified as PRCs, meaning that they can be used for correcting differences in conditions between the laboratory and the field. We also compared the POCIS with the “polar” Chemcatcher and we showed that in term of application field and performances, the POCIS is better adapted for studied micropollutants. At last, we tested the accuracy and the robustness of the POCIS during two inter-laboratory studies (ILSs). The first ILS, dealing with the laboratory calibration of the tool, demonstrated performance robustness for 3 pesticides. The second in situ ILS demonstrated the relevance of the POCIS for sampling hormones, pharmaceuticals and pesticides from a waste water treatment plant effluent. This thesis permits to improve knowledge on the POCIS and to promote its application for the water framework directive

L’étude a pour objectif de déterminer la qualité des eaux de surface sous différentes conditions climatiques et pratiques de gestion des eaux de surface. Trois sites ont étés choisis pour: (1) la rivière Jalle de Blanquefort, (2) le lac de Bordeaux, France et (3) la rivière Pasig aux Philippines. Les sites français présentent des collecteurs d'eau qui se déversent directement dans les eaux de surface. La rivière Pasig sert de collecteur d'eaux usées en l’absence de stations de traitement des eaux usées et collectées. Au cours des campagnes de mesure, il a été possible de suivre l’impact de la variabilité climatique (pluviométrie) et d’événements aléatoires sur la qualité chimiques (éléments traces métalliques et polluants organiques) des eaux ; en combinant échantillonnage classique et par capteurs passifs. Les propriétés physico-chimiques de l'eau ainsi que les caractéristiques des particules et l'utilisation d'analyses statistiques permettent de préciser le comportement des molécules détectées et de décrire l’evolution hydrochimique des eaux de surface urbaines et estuariennes vis-à-vis d’aléas climatiques contrastés. / The study aimed to assess the water quality of the surface water in differingclimate conditions and management practices. Three interesting sites were chosen, (1)Jalle River and (2) Bordeaux Lac both in France and the (3) Pasig River in thePhilippines. The French sites have rainfall and run-off collectors that directly dischargewater to the water bodies. Pasig River, on the other hand, becomes a waste collector aswaste management and treatment plant are lacking. Trace metals and organics(pesticides, herbicides, pharmaceuticals and drugs) were measured. Conventional andpassive sampling approches were employed. The mass fluxes were obtained in order tocalculate the pollution transport. Physico-chemical properties and the particlecharacteristics, integrating statistical analyses, facilitated in explaining the behavior of themeasured molecules and describing the hydrological system in relation to climatevariability.

Les ISDND produisent du biogaz par fermentation des déchets organiques. Le biogaz principalement composé de CH4 et CO2 représente un enjeu environnemental majeur. Cette étude propose un outil d’estimation des émissions surfaciques de biogaz d’une ISDND par modélisation de la dispersion atmosphérique d’un gaz traceur, en l’occurrence, le méthane. Les dynamiques spatiales et temporelles des concentrations en CH4 et en COV ont été suivies sur et dans l’entourage de l’ISDND d’étude (Séché Environnement) en fonction des conditions météorologiques. Les résultats montrent des faibles teneurs atmosphériques en COV et en CH4 sur le site d’étude validant une faible émission de ces espèces. Les COV mesurés sont émis par différentes sources dont la contribution est plus importante que celle de l’ISDND et aucun COV ne constitue un traceur de biogaz émis par le site. En revanche, l’ISDND apparait comme source principale du CH4 détecté. Deux méthodes sont proposées pour estimer les émissions surfaciques de méthane en utilisant un modèle de dispersion atmosphérique Gaussien ADMS, validé par comparaison des teneurs atmosphériques en méthane mesurées et modélisées et leur dynamique temporelle. La première méthode repose sur une approche inverse et la deuxième est une approche statistique par régression. Les émissions de CH4 sont estimées pour la période d’exposition de la diode laser aux émissions du site pour 4 scénarios météorologiques types identifiés par une classification hiérarchique. Les résultats valident l’influence des paramètres météorologiques, surtout de la stabilité de l’atmosphère, sur la dispersion atmosphérique et les émissions surfaciques en méthane. / Landfill sites produce biogas by degradation of biodegradable organic matter. Biogas mainly composed of CH4 and CO2 represents a major environmental challenge. This study propose a method to estimate biogas surface emissions in landfill sites using atmospheric dispersion modeling of a tracer gas, in this case, methane. The spatial and temporal dynamics of CH4 and VOC concentrations have been followed on the studied landfill site (Séché Environnement) for several weather conditions. Measurement results show low atmospheric VOC and CH4 concentrations on the studied landfill site which validates low emissions of these compounds. Detected VOC are emitted by different sources, excluding the landfill site. The contribution of these sources on VOC concentrations is more important than that of the landfill site and no VOC could be identified as tracer of biogas emitted by landfill site. However, CH4 is emitted by the landfill site, its principal source. Two methods are proposed to estimate methane surface emissions using a Gaussian atmospheric dispersion model ADMS. Gaussian model is validated by comparison of the temporal dynamics and atmospheric concentrations of methane measured on the site and those modeled. The first method is based on an inverse approach and the second one is a statistical regression approach. CH4 emissions are estimated for the exposure period of the laser diode to the site emissions and for 4 weather scenarios identified by a hierarchical classification. Results validate the influence of meteorological parameters, especially the stability of the atmosphere, on the atmospheric dispersion and methane surface emissions.