Les polychlorobiphényles (PCB) et les polybromodiphényléthers (PBDE) sont deux familles de composés hydrophobes partageant certaines propriétés physico-chimiques. Des travaux antérieurs ont montré que ces composés pouvaient affecter les traits d’histoire de vie des poissons. Il s’avère cependant que les études approchant des situations environnementales sont rares. Cette thèse se divise en trois parties. La première partie s’est attachée à évaluer les effets d’une exposition à un mélange réaliste de PCB et de PBDE sur les traits d’histoire de vie du poisson-zèbre. Les résultats ont montré une taille asymptotique plus élevée, une probabilité de ponte retardée chez les individus exposés et une faible survie des larves F1 en situation de jeûne issues des pontes précoces des individus exposés. La seconde partie a cherché à identifier, sur la base d’un modèle bioénergétique (DEB), les modes d’action physiologique (PMoA) de PCB et PBDE. Deux PMoAs probables ont été révélés: le premier est lié à l’augmentation de la fraction d’énergie allouée à la maintenance et la croissance somatique et le deuxième est lié à l’augmentation des coûts de production d’un œuf. La troisième partie de la thèse s’est intéressée à évaluer les conséquences de la contamination sur la dynamique de population de poissons. Les résultats ont montré une réduction de l’abondance numérique, une augmentation de la biomasse et un grand risque de surexploitation chez la population exposée, Les résultats de cette thèse pourraient constituer un outil d’aide à une gestion durable des stocks halieutiques qui prennent en compte les effets de multiples contaminations qui se surajoutent à la pression de pêche. / Polychlorinated biphenyls (PCBs) and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are two families of hydrophobic compounds sharing some similar environmental properties. Previous studies have demonstrated that these compounds could affect fish life-history traits. However, few studies have focused on environmental situations. This thesis is divided into three parts. The first part aimed to evaluate the effects of a realistic mixture of PCBs and PBDEs on the life-history traits of zebrafish. The results showed a slower growth, but to a larger asymptotic length, and delayed spawning probability in exposed fish. In addition, offspring issued from early spawning events of exposed fish exhibited a lower larval survival under starvation condition. The second part aimed to identify, on the basis of a bioenergetic model (DEB), the physiological modes of action (PMoA) of PCBs and PBDEs. Two potential PMoAs have been revealed: the first one was through an increase of the fraction of energy allocated to somatic maintenance and growth and the second one was through an increase of the cost of production of an egg. The third part focused on the population dynamical consequences of the individual life-history effects of PCBs and PBDEs. The results showed a lower abundance, a higher biomass and a higher risk of overexploitation in exposed population compared to control population. The results of this thesis could be a helpful tool for sustainable management of fish stocks that take into account the effects of multiple contaminations that are added to the fishing pressure.

Le dioxyde de soufre (SO2) est un des principaux gaz émis lors des éruptions volcaniques. Au Piton de la Fournaise (La Réunion) environ 230 kT de SO2 ont été libérés pour la seule éruption d'avril 2007. Ces émissions ont provoqué d'importants problèmes sanitaires associés à des dégradations des infrastructures et des écosystèmes. Les mesures de SO2 réalisées par l'ORA ont relevé des concentrations supérieures aux seuils critiques pour la santé mais pas aux périodes où l'éruption était la plus intense. SO2 étude consiste à utiliser le modèle meso-échelle atmosphérique Meso-NH pour simuler le transport de SO2 entre le 2 et le 7 avril, avec une attention portée sur l'influence des flux de chaleur provenant des coulées de lave. Trois domaines sont imbriqués de 2 km à 100m de résolution horizontale. Cette étude de modélisation couple simultanément (i) la dynamique atmosphérique de méso-échelle Meso-NH, (ii) un module de chimie en phase gazeuse et phase aqueuse, et (iii) un modèle de surface simulant une propagation de coulée de lave. Tous les flux (chaleur, vapeur, SO2, CO2 et HCl) sont déclenchés en ligne et sont fonction de la dynamique du front de propagation. Nos simulations reproduisent les observations des concentrations en surface de SO2 pour cette période et diverses analyses de sensibilité montrent que la distribution de soufre a été principalement contrôlée par le flux de chaleur de lave. Les dernières simulations incluent la modélisation du panache de vapeur d'eau lors de l'entrée de la lave en mer. Enfin, deux tests de sensibilités ont été réalisés sur la journée du 5 avril afin d'analyser les interactions dynamiques entre les différentes convections : au cratère et au-dessus de la lave (flux de chaleur sensible) et lors de l'entrée de la lave en mer (flux de chaleur latente). / Sulphur dioxide (SO2) is one of the main gases emitted during volcanic eruptions. The Reunion Island experienced its biggest eruption of Piton de la Fournaise Volcano during April 2007 and this event degassed more than 230 kt of SO2. Theses emissions led to important health issues, accompanied by environmental and infrastructure degradations. SO2 measurements made by the ORA noted higher concentrations than the critical threshold for health but not to periods when the eruption was the most intense. Our study is to use the atmospheric mesoscale model Meso-NH to simulate the transport of SO2 between 2 and 7April, with a focus on the influence of heat flow from lava flows. Three domains are nested from 2km to 100m of horizontal resolution. This modeling study torque simultaneously (i) atmospheric dynamics of mesoscale Meso-NH, (ii) a chemistry module in the gas phase and aqueous phase, and (iii) a surface model simulating a lava flow spread. All flow (heat,vapor, SO2, CO2 and HCl) are triggered online and are function of the dynamics of thepropagation front. Our simulations reproduce the observations of surface concentrations of SO2 for that period and various sensitivity analyzes show that the sulfur distribution was mainly controlled by the lava heat flow. The latest simulations include the modeling of the Laze plume when the lava meet the sea. Finally, two sensitivity tests were performed on the day of April 5 to analyze the dynamic interactions between convections: the crater andover the lava (sensible heat flux) and at the entry of lava into the sea (latent heat flux).

Les PCB (polychlorobiphényles), PBDE (éthers de biphényles polybromés) et OCP (pesticides organochlorés) sont des composés d’origine anthropique classés comme POP (polluants organiques persistants) dont l’usage a progressivement été restreint ou interdit. Ces composés, de par leur caractère ubiquiste, persistant et bioaccumulable, sont néanmoins toujours présents dans l’environnement, d’où l’importance de continuer à étudier leur présence, leur dynamique et leur impact. Du fait de la restriction de leurs usages, d’autres composés sont maintenant utilisés pour les remplacer, tels que les retardateurs de flamme alternatifs (RFA). Ces composés bromés et chlorés ont des propriétés physico-chimiques comparables à celles des POP précités et peuvent potentiellement constituer un danger chimique pour l’environnement. Par ailleurs, les RFA sont attendus à des niveaux de concentration plus faibles que les PCB et les PBDE que ce soit dans les compartiments biotiques et abiotiques. Ainsi, l’un des enjeux de ce travail de thèse était de développer une méthode multi-résidus, associant chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse à temps de vol, permettant d’analyser simultanément 17 RFA à des niveaux inférieurs au ng.g-1. Les niveaux et profils de contamination en POP et RFA ont ensuite été renseignés dans les compartiments biotiques et abiotiques de différents systèmes aquatiques contrastés. Le caractère bioamplifiable de ces composés a été étudié grâce à la détermination de facteurs d’amplification trophique (TMF) dans l’estuaire de la Gironde et dans le bassin du Rhône, à l’aide d’outils statistiques innovants. Dans l’estuaire de la Gironde il a été mis en évidence que certains RFA étaient autant voire plus bioamplifiables que certains POP historiques. Par ailleurs, dans le bassin du Rhône, l’utilisation des TMF comme outil prédictif, pour le BDE-47 ou la ΣPBDE-DCE par exemple, a été discutée et parait envisageable dans un cadre réglementaire. / PCBs (polychlorinated biphenyls), PBDEs (polybrominated biphenyl ethers) and OCPs (organochlorine pesticides) are anthropogenic compounds classified as POPs (Persistent Organic Pollutants), their use was restricted or prohibited. These compounds are ubiquitous, persistent and bioaccumulative and they are still present in the environment; this is the reason why it is important to continue the study of the fate and impact in the environment. Due to their usage restriction, other compounds are now used to replace them, such as alternative flame retardants (RFAs). These brominated and chlorinated compounds have physicochemical properties comparable to those of POPs and can thus be potentially hazardous to the environment. In addition, RFAs are expected to occur at lower concentrations than PCBs and PBDEs, whether in the biotic and abiotic compartments. Thus, one of the challenges of the present work was to develop a multiresidue method, based on gas chromatography coupled with a time-of-flight mass spectrometer, allowing for the simultaneous analysis of 17 RFAs at levels below ng.g-1. The levels and patterns of POP and RFA contamination were reported in the biotic and abiotic compartments of selected hydrosystems. The biomagnification potential of these compounds was also studied by determining trophic magnification factors (TMF) in the Gironde estuary and in the Rhône basin. In the Gironde estuary, it was shown that some RFA biomagnify as much or more than some historical POPs. Furthermore, in the Rhône basin, the use of TMF for predictive purpose, for BDE-47 or ΣPBDEs-WFD for example, was discussed and found possible.

Dans un contexte d'émergence des enjeux environnementaux liés aux transports, une large palette de mesures de gestion des déplacements et du trafic (développement des transports en commun, mise en place de Zones à Actions Prioritaires pour l'Air, développement du concept de voiture partagée...) est mise en œuvre ou envisagée. Les effets réels de ces mesures sur les émissions de polluants, à court ou long terme sont difficilement évaluables selon des méthodes non rationalisées. Il s'agit ici de mener une réflexion scientifique sur l'évaluation environnementale à travers une importante analyse bibliographique. Le questionnement concerne les trafics, les émissions de polluants, la pertinence des outils de modélisation et la compréhension des mécanismes d'action. L'évaluation des mesures de gestion du trafic et des déplacements se heurte à leur diversité, la complexité et l'interaction des mécanismes d'effet, et à leur représentation dans les modèles. Dans une approche de caractérisation des effets et de représentation de l'impact des mesures, nous définissons des actionneurs (stimuli), composantes des entités trafic/déplacements ou émissions de polluants, déclinées suivant la localisation de leur action et par lesquels les différentes mesures peuvent être traduites. La demande en déplacements Véhicules Particuliers, la capacité de la voirie, y compris dans leur dimension spatiale, et la composition du parc automobile ont été identifiées et permettent de caractériser un grand nombre de mesures (demande, changement modal, gestion locale du trafic, politiques de parking, etc.). Leurs actions sont étudiées sous différents scénarios (variation de la demande, de sa localisation, de la capacité, etc.). On analyse ainsi la réponse à ces stimuli en termes de trafic et d'émissions. Ces travaux sont effectués sur la plate forme de calcul sur l'aire de Nantes Métropole (modèle Visem/Visum/modèle CopCETE) et permettent l'esquisse d'une approche d'évaluation de mesures individuelles. La méthode est démontrée sur le cas de la mise en place d'un Transport en Commun en Site Propre

Ce travail à la fois expérimental et numérique s'inscrit dans le cadre des études menées sur le captage des polluants sur les machines tournantes et porte plus particulièrement sur la caractérisation de la dispersion des fines particules d'usinage : i.e. ces particules sont assimilées à un traceur passif du fait de leur temps de réponse aérodynamique négligeable. L'objectif recherché à travers cette étude est de développer une méthode numérique de conception des captages des polluants sur machines d'usinage. Le premier travail a donc consisté à réaliser un dispositif expérimental recréant une situation similaire à une opération de meulage, mais dans un cadre parfaitement contrôlé. L'écoulement retenu est celui engendré par un cylindre en rotation dans une veine d'essai ventilée. Un polluant particulaire, représenté par des microbilles de verre sphériques, est généré dans la veine d'essai (en utilisant un système d'ensemencement en particules), recréant ainsi les effets aérauliques des plus grosses particules d'usinage. Un gaz traceur, représentant la fraction fine de particules, est injecté simultanément avec le jet de particules via un capillaire placé à la source. Les propriétés du jet de particules obtenu sont caractérisées par vélocimétrie par suivi de particules (PTV) afin d'obtenir des données d'entrée et de validation pour les simulations numériques. La méthode de suivi de particules, mise au point dans le cadre de cette étude reste robuste même dans les zones fortement chargées en particules (i.e. la région source du jet). Le champ de vitesse de la phase gazeuse a quant à lui été caractérisé par vélocimétrie par images de particules (PIV), au moyen d'un code développé spécifiquement (Belut 2006 [4]). La dispersion d'un gaz traceur (hexafluorure de soufre - SF6) émis simultanément avec le jet de particules est ensuite étudiée expérimentalement : la dispersion d'un tel gaz est en effet jugée représentative de celle des plus fines particules d'usinage dont le temps de réponse aérodynamique est négligeable. Enfin, une modélisation complète du banc d'essai est réalisée afin de permettre une comparaison avec les résultats expérimentaux pour ainsi progresser dans la validation des modèles utilisés pour décrire la dispersion d'un traceur gazeux représentatif des fines particules. Le logiciel commercial Fluent est employé pour les simulations numériques / This study based at the same time in experimental and numerical aspect, is part of the framework to understand deeply the capture of pollutants on rotating machines and focuses especially on the characterization of the dispersion of fine particles generated by machining operations : i.e. these particles are assimilated as a passive tracer due to their negligible aerodynamic response time. The main objective covered by this study is to develop a numerical method of close capture exhausts systems for machining devices. The first task was to achieve an experimental device re-creating a similar grinding operation in a perfectly controlled environment. The flow used is defined as the one generated by a rotating cylinder in a ventilated test rig. A pollutant of particles, represented by spherical glass beads, is produced inside the test rig (by using a seeding system of particles), recreating therefore the aerodynamic effects of largest machining particles. A tracer gas, representing the fraction of fine particles, is injected simultaneously with the jet of particles through a capillary tube placed at the source. The properties of the jet of particles obtained are characterized by particle tracking velocimetry (PTV) allowing then to obtain data input and validation of numerical simulations. This particle tracking technic, developed in this study remains as robust method even in heavily loaded particles (i.e. the source region of the jet). The velocity field of the gas phase has meanwhile been characterized by particle image velocimetry (PIV), using a code developed specifically for this assay (Belut 2006 [4]). The dispersion of a tracer gas (sulfur hexafluoride - SF6) emitted simultaneously with the jet of particles is then studied experimentally : the dispersion of such a gas is indeed considered representative of finest particles which aerodynamic response time is negligible. Finally, a complete modeling of the experimental test rig is performed to allow comparison with experimental results in order to progress in the validation of models used to describe the dispersion of a tracer gas representative of finest particles. The commercial soft ware FLUENT is used for numerical simulations

L'objectif de cette thèse est le développement d'outils technologiques et logiciels permettant un monitoring de la qualité de l'air intérieur. Cela comprend la conception de capteurs miniaturisés permettant la détection simultanée d'un grand nombre de polluants, ainsi que le développement de modèles numériques inverses utilisant les données issues de ces capteurs et permettant la reconstruction de sources de polluants. Ces travaux ont mené à l'élaboration d'un prototype fonctionnel de micro-chromatographe en phase gazeuse, système d'analyse chimique miniaturisé permettant la détection de multiples polluants. La colonne de séparation fabriquée en technologie MEMS a permis la séparation de divers composés organiques volatils en quelques dizaines de secondes. Le micro-détecteur TCD, fondé sur une mesure 4-pointes couplée à un circuit d'asservissement en température original, a permis la détection des composés séparés dans la colonne. Afin d'améliorer et de tirer au mieux parti des micro-chromatographes, des méthodes d'injections stochastiques ont été développées. Il a été démontré que ces méthodes ont plusieurs intérêts. D'une part, elles permettent facilement un gain de rapport signal/bruit de l'ordre de la décade, ce qui permet la détection de polluants plus faiblement concentrés. Il a été observé d'autre part qu'il est possible de suivre en temps réel l'évolution moyenne de la concentration des polluants alors que cela n'est pas possible lorsque le chromatographe est utilisé de manière standard. Enfin, une méthode d'injection et de traitement du signal permettant l'analyse simultanée de plusieurs échantillons avec un unique capteur a été développée. Enfin, ces travaux ont été complétés par le développement de modèles inverses 2D permettant, à partir de données issues de micro-chromatographes placés dans l'espace, la reconstruction de sources de polluants et de champs de vitesses par méthode des gaz traceur. Ces modèles sont fondés sur une approche de contrôle optimal et utilisent une résolution des équations de Navier-Stokes et de diffusion-advection par la méthode éléments finis. L'utilisation de bases orthonormées obtenues par POD a permis de régulariser ces modèles inverses / The goal of this thesis is the development of technological and numerical tools for the monitoring of indoor air quality. That comprises the design of miniaturized sensors capable of detecting a large number of pollutants, and the development of inverse models allowing the reconstruction of pollutant sources from concentration measurements. In this work we present the realization of a micro-gas chromatograph, miniaturized chemical-analysis system fabricated with silicon-based MEMS technology. The separation column can separate multiple volatile organic compounds in less than a minute. The integrated thermal conductivity detector, based on a 4-points measurement technique coupled with an original temperature control circuit, can detect compounds separated in the column. In order to improve the performances of such micro-chromatographs, stochastic injection techniques have been developped. We have shown that these techniques easily allow to reduce the detection noise by an order of magnitude so that low-concentrated pollutants can be detected. We also observed that it is possible to follow in real time the mean evolution of the concentration with such techniques. We finally developped an original multiplexing technique that allows to monitor multiple sample streams simultaneoulsy with a single sensor. Finally, this work is completed by the development of 2D inverse models that allow, from data measured by micro-chromatographs placed in a room, to reconstruct pollutant sources, concentration fields or airflow patterns. Those models are based on an optimal control approach and use the resolution of Navier-Stokes and diffusion-advection equations with the finite element method. POD orthonormal basis are used for the regularization of the problem

Les effets négatifs des produits pharmaceutiques (PPs) sur les écosystèmes aquatiques est une préoccupation de plus en plus sensible. Nous avons analysé les effets du 17α-éthinylestradiol (EE2), composant des pilules contraceptives, et de la fluoxétine (FLX), l'antidépresseur le plus vendu au monde, sur deux poissons. Le pejerrey (Odontesthes bonariensis) vit dans des lagunes qui sont des réservoirs d'eaux usées, où la présence d'EE2 est détectée. En utilisant l'expression des gènes cyp19a1b (aromatase cérébrale) et cyp19a1a (aromatase gonadique) comment marqueurs biologiques nous avons constaté que l'exposition à EE2 n'affectait pas l'expression du gène cyp19a1b. Cependant, augmente significativement l'expression du cyp19a1a, liée à la différenciation ovarienne, et diminue l'expression de hsd11b2, liée a la différenciation testiculaire, chez les larves et mâles juvéniles. Aussi, produit une déviation des ratios male/femelles en faveur des femelles chez les larves et l'apparition de caractéristiques typique du développement ovarien dans les testicules de mâles juvéniles. Chez le poisson zèbre (Danio rerio) nous avons évalué le rôle de la sérotonine (5-HT) comme modulateur de la prolifération; et l'effet de la FLX, inhibiteur sélectif de sa recapture. Tout d'abord, nous avons montré que les neurones sérotoninergiques de l'hypothalamus sont générés à partir de cellules gliales radiaires présente dans cette région. Ensuite, nous avons constaté une réduction significative du nombre de cellules en prolifération dans le noyau du recessus lateral (NRL) et posterior (NRP) de l'hypothalamus, après de l'inhibition de la synthèse de 5-HT ; et dans le NRL, après d'exposition a FLX. / Over the last 10-15 years risks of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in the environment have acquired significant relevance. In the present work we studied the effects of 17α-ethinylestradiol (EE2), component of contraceptive pills, and fluoxetine (FLX), the world’s most widely prescribed antidepressant, in fishes. Pejerrey (Odontesthes bonariensis) a south American teleost fish that inhabit aquatic ecosystems where EE2 has been reported. Exposure to EE2 did not alter the expression of cyp19a1b (brain aromatase). In contrast, expression of cyp19a1a (gonadal aromatase), involved in ovarian differentiation, was up-regulated; while expression of hsd11b2, associated with testicular differentiation, was down-regulated in larvae or juvenile males. Also, EE2 was able to shift sex ratios toward the female in larvae and alter the gonadal morphology of testicles of juvenile males. In zebrafish, a model organism considered as a useful tool in EDs screening, we investigated the potential role of serotonin (5-HT) as modulators of brain cell proliferation; in particular, we also analyzed the effects of FLX, a selective 5-HT reuptake inhibitor. We showed that 5-HT neurons of the hypothalamus originate from proliferative radial glial cells presents in this area. Treatment 5-HT synthesis inhibitor and exposure to environmentally relevant concentrations of FLX caused a significant decrease in the number of proliferating cells in the hypothalamus, resulting in a further decline in the number of own 5-HT neurons. These results provide evidence for the detrimental effect in teleost fish induced by the exposure to two pharmaceuticals considered as endocrine disruptors.

L'usage intensif de pesticides dans l'agriculture engendre une contamination sans précédent des eaux de surface et des nappes phréatiques. Les traitements classiques appliqués aux eaux usées contenant des produits organiques polluants sont basés sur la biodégradation ou sur des méthodes physiques de transfert de masse (décantation, filtration, adsorption des polluants sur du charbon actif) ou des procédés chimique tels que l'oxydation à l'ozone ou au chlore. Cependant, ces procédés demeurent inefficaces dans le cas de traitement des eaux contaminées par les polluants organiques persistants (POPs). Les procédés d'oxydation avancés sont mis en œuvre pour dégrader ou même minéraliser ces polluants. Ce travail a donc pour objectif de déterminer un protocole expérimental pour détruire efficacement les pesticides, produits chimiques largement utilisés dans l'agriculture au Maroc, tels que le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil en utilisant les procédés d'oxydation avancée électro-Fenton et oxydation anodique avec différentes anodes telles que BDD, Pt et DSA. Ainsi, nous avons trouvé que le taux de minéralisation par procédé électro-Fenton avec l'anode BDD était de 92%, 95%, 92% et 97%pour le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil, respectivement, après 4 h de traitement. Ces résultats confirment l'efficacité des procédés d'oxydation avancés électrochimiques dans le traitement des eaux polluées par des pesticides / The intensive use of pesticides in agriculture generates, nowadays, an unprecedented contamination of surface water and groundwater. Conventional treatments applied to waste water containing organic pollutants are based on biological treatments méthods or physical mass transfer methods (decantation, filtration, adsorption of the pollutants on activated carbon), chemical oxidation with ozone, chlorine, etc. However, these methods remain ineffective for the treatment of water polluted by persistent organic pollutants (POPs). Advanced oxidation processes are implemented to degrade and mineralize these pollutants. This PhD thesis work aims to establish an experimental protocol to degrade and mineralize pesticides, chemicals widely used in agriculture in Morocco, such as monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2,4,5-trichlorophenoxy-acetic acid , and imazalil using the electro-Fenton and anodic oxidation processes with DD Pt or DSA anodes. Thus, the rate of mineralization was 92%, 95%, 92% and 97% for the monochloro-benzene, the 1,2-dichlorobenzene, the 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid , and the imazalil, respectively, after 4 h treatment by electro-Fenton process. These results confirm the effectiveness of electrochemical advanced oxidation processes for treating water polluted by pesticides

Au cours des dix dernières années, les gouvernements de l'Union Européenne ont été encouragés à collecter des données sur le volume et la qualité de tous les effluents d'eaux urbaines ayant un impact environnemental significatif sur les milieux aquatiques récepteurs. Les méthodes de surveillance de ces flux nécessitent des améliorations, en particulier pour les déversoirs d’orage, structures complexes responsables en grande partie de la dégradation de la qualité des milieux récepteurs. Le DSM-flux (Dispositif pour la surveillance et maîtrise des flux d'eaux et polluants des réseaux d'eaux pluviales et unitaires) est un nouveau dispositif préfabriqué et pré-étalonné qui garantit les conditions hydrauliques appropriées permettant de mesurer les débits et volumes déversés ainsi que les concentrations et masses de polluants qui y sont transportés. Dans cette thèse, une relation permettant de mesurer le débit au passage du DSM-flux a été construite grâce à une étude expérimentale sur modèle physique réduit, puis validée pour plusieurs configurations d'écoulement à l'amont du dispositif. Quelles que soient les conditions hydrauliques en amont, les incertitudes relatives sont inférieures à 15% et 2% pour les débits et les volumes étudiés, respectivement, ce qui reste équivalent, voire mieux, par rapport aux incertitudes des méthodes actuelles les plus fiables. La méthode de mesure a été validée in situ sur un dispositif à grande échelle construit sur le terrain et fonctionnant en conditions réelles, ce qui montre la robustesse de la méthode. De plus, grâce à sa conception originale, le DSM-flux favorise l'interception d'une fraction des polluants particulaires. L’hydrodynamique de ce dispositif de mesure a été analysée ainsi que les conditions qui engendrent la décantation des polluants particulaires. En fonction des conditions d'écoulement, ce dispositif peut retenir 50% de la masse totale des matières solides fines en suspension transitant par le dispositif, mais pour des écoulements à débits élevés, cette efficacité est significativement réduite. Sa capacité de rétention a été aussi observée sur le terrain et une méthodologie a été élaborée pour quantifier son efficacité de rétention lors d'études futures. Mise à part sa performance hydraulique, du point de vue opérationnel, le dispositif présente d’autres avantages par rapport à d’autres dispositifs existants : (i) il est pré-étalonné et peut être installé à l’aval de déversoirs d’orage déjà existants, (ii) il peut s’insérer directement au sein du canal de décharge (installation d’un regard de visite équipé d’un DSM), (iii) sa performance hydraulique est indépendante des conditions de l’écoulement à l’amont et (iv) il s’agit d’un dispositif intégré de mesure de débits et de leur qualité simultanément, en plus d’intercepter une partie de polluants particulaires. / Over the past decade, European Union governments have encouraged to collect data on the volume and quality of all urban water effluents with a significant environmental impact on receiving aquatic environments. Methods for monitoring these flows require improvements, particularly for combined sewer overflows, which are complex flows that contribute in significant proportion to the degradation of the quality of the receiving waters. The DSM-flux (Device for Stormwater and combined sewer flows Monitoring and the control of pollutant fluxes) is a new pre-calibrated and pre-designed device that guarantees the appropriate hydraulic conditions for measuring discharged flows and volumes as well as the concentrations and mass loads of pollutants carried in suspension by the flow. In this PhD work, a relationship allowing to measure the flow rates conveying through the DSM-flux was determined thanks to an experimental study on a small-scale physical model, and then validated for several flow configurations upstream of the device. Whatever the upstream hydraulic conditions are, the relative uncertainties are less than 15% and 2% for the flow rates and volumes studied, respectively, which is equivalent to the uncertainties of the most reliable current methods. The monitoring methodology was validated in situ in a large-scale device installed at the field and operating in real conditions, which shows the robustness of the method. Moreover, thanks to its original design, the DSM-flux allows the interception of a fraction of particulate pollutants. The hydrodynamics of this monitoring device were analysed as well as the conditions that cause the settling of particulate pollutants. Depending on the flow conditions, this device can retain 50% of the total mass of fine suspended solid matter transiting through the device, but for flows at high discharge rates, this efficiency is significantly reduced. Its retention capacity has also been observed in the field and a methodology has been developed to quantify its retention efficiency in future studies. Apart from its performance, from an operational point of view, the device has other advantages compared to other current devices: (i) it is pre-calibrated and can be installed downstream from existing combined sewer overflows, (ii) it can be directly installed through a manhole in the discharge channel, (iii) its hydraulic performance is independent from the flow conditions upstream, and (iv) it is an integrated monitoring device, measuring flow rates and their quality simultaneously, in addition to intercepting a part of the particulate pollutants.

Les Rejets Urbains par Temps de Pluie (RUTP) représentent une pollution très complexe et variable de par la diversité des évènements pluvieux et des bassins versants lessivés. Les RUTP sont, dans la majorité des cas, rejetés dans des milieux récepteurs aquatiques péri-urbains tels que les lacs, rivières ou eaux souterraines, sans traitement d’épuration. La pollution déversée, qui peut être très diluée, est le plus souvent liée à des évènements relativement courts et difficiles à prévoir. L’impact écotoxique des RUTP peut donc s’avérer difficile à évaluer, en particulier par des mesures directes in situ. Parmi les organismes utilisés en écotoxicologie, les microalgues sont extrêmement intéressantes. En effet, elles constituent la base des réseaux trophiques, sont sensibles à une large gamme de polluants et sont très sensibles à la présence de substances exogènes. C’est la raison pour laquelle nous avons développé dans un premier temps une batterie de biomarqueurs cellulaires sur microalgue (perturbation de la physiologie (comme la photosynthèse) de Chlorella vulgaris), afin de montrer leur intérêt pour détecter rapidement et sensiblement l’impact toxique d’échantillons de RUTP collectés sur la région Lyonnaise. La réponse de ces biomarqueurs a été comparée en laboratoire à une batterie de bioessais écotoxicologiques monospécifiques classiques sur microalgues et microcrustacés (e.g. essais de croissance, reproduction). Dans un second temps, nous avons travaillé à l’adaptation de ces biomarqueurs afin de créer des outils de détection in situ. Des biocapteurs à cellules entières, basés sur une mesure de la perturbation de la photosynthèse (fluorescence chlorophyllienne) de microalgues, ont été développés. Pour leur création, deux techniques de mise en contact bio-récepteur/transducteur ont été testées : (i) la double encapsulation des microalgues dans des hydrogels alginate/silice utilisant un procédé sol-gel, et (ii) l’inclusion des microalgues dans des puces microfluidiques fabriquées par xurographie. Une station portative autonome de terrain a été élaborée et testée avec efficacité pour effectuer des mesures in situ de la toxicité des RUTP, et des milieux aquatiques urbains contaminés. Ce travail de thèse présente de nombreuses perspectives concernant une meilleure connaissance de l’impact des RUTP sur les organismes aquatiques. Il apporte également des réponses à la problématique du développement des biocapteurs à cellules algales entières pour la surveillance environnementale. / Urban Wet-Weather Discharges (UWWD) represent a very complex and variable pollution due to the diversity of the rainfall events and leached watersheds. In most cases, UWWD are released without, or after very low treatments only, in suburban aquatic environments such as lakes, rivers or groundwaters. Spilled pollution is often linked to relatively short and difficult to predict events, and can be very diluted. Thus, it may be complicated to assess the ecotoxic impact of UWWD, and particularly in situ. Among the organisms used in ecotoxicology, microalgae are particularly interesting because they are the basis of trophic networks, are sensitive to a wide range of pollutants found in UWWD and can react very quickly to their presence. It’s why, first, we developed and used a battery of microalgae (Chlorella vulgaris) cellular biomarkers (e.g. photosynthesis disturbance) to demonstrate their utility in detecting the toxic impact of UWWD samples collected in the Lyon city area in a rapid and sensitive way, in comparison with a battery of monospecific bioassays on microalgae and microcrustaceans (e.g. growth or reproduction inhibition assays). In a second phase, we worked on the adaptation of these biomarkers for the creation of ecotoxicological field tools, biosensors. We developed two types of whole-cell biosensors based on the microalgal photosynthesis (chlorophyll fluorescence) disturbance. We particularly worked on the microalgal immobilization processes in the aim to design biosensors, using mainly two techniques: a double-encapsulation in alginate/silica hydrogels using a sol-gel process and an inclusion in microfluidic chips created by xurography. Finally, we were able to create an autonomous portative biosensor able to conduct in situ measurements of UWWDs toxicity and contaminated urban aquatic environments in general. This thesis project presents many perspectives concerning the deeper understanding of the UWWDs impact on aquatic organisms, and also on the development of whole-cell biosensors for the environmental monitoring.