L’être humain est exposé quotidiennement et simultanément à des dizaines de polluants environnementaux, pourtant il n’existe encore que peu ou pas d’études sur les effets de ces mélanges. Des études épidémiologiques et transcriptomiques montrent que les polluants peuvent perturber le métabolisme glucidique et lipidique. Le lien entre métabolisme et cancer a été démontré depuis plusieurs décennies, en effet, une dérégulation du métabolisme oxydatif, appelée effet Warburg, et commune à presque toutes les cellules tumorales se caractérise par une déviation du métabolisme oxydatif mitochondrial vers une glycolyse anaérobie entrainant une augmentation de la production de lactate. Pour ce travail les effets d’un mélange de deux polluants organiques persistants ayant des voies de signalisation différentes sont étudiés. Le mélange associe la TCDD, une substance cancérigène, à un pesticide l’α-endosulfan, afin d’évaluer les effets combinés de ces deux polluants sur le métabolisme énergétique de cellules cancéreuses coliques humaines Caco2. Le traitement des cellules pendant 48 heures par la TCDD (25 nM) et l’α-endosulfan (10µM) conduit à une diminution de l’oxydation du glucose, corrélée à une augmentation de la production de lactate, alors que chaque polluant seul exerce un effet peu significatif. Le mélange diminue l’activité globale de la mitochondrie caractérisée par une diminution de la respiration cellulaire, et de la production d’ATP sans toutefois modifier l’intégrité mitochondriale. L’étude des mécanismes impliqués dans ces effets indique l’implication de l’AMPK et du complexe PDH, deux enzymes clés régulant de façon très importante la glycolyse cellulaire ; en effet l’inhibition de l’AMPK abolit les effets des polluants. Des modifications du calcium intracellulaire qui régule entre autre l’activité de ces deux enzymes sont observées et l’inhibition du calcium abolit également les effets des polluants. Ces travaux montrent que le mélange induit une aggravation de la dérégulation du phénotype métabolique des cellules Caco2 à l’état prolifératif. Cela pourrait signifier une synergie de l’activité de ces polluants qui pourrait accentuer ce phénotype dans un contexte tumorale via un mécanisme impliquant le calcium. / During tumorigenesis most of cancer cells exhibit an altered metabolism that is characterized by an elevated uptake of glucose and an increased glycolytic rate; this phenomenon is known as the Warburg effect. Compelling recent evidences suggest that alteration of cellular metabolism is critical during cancer development and constitutes a major feature of aggressive tumour. Considering the recent observations on the impact of persistent organic pollutants (POPs) on cell metabolism, we hypothesize that POPs could exert their carcinogenic effects by promoting metabolic alterations that could converge to a metabolic shift supporting a tumoral phenotype. Proliferating colon cancer cells (Caco2) were treated with TCDD (25 nM) or/and α-endosulfan (10 µM), two environmental pollutants mainly produced by human activities and designated by the International Agency for Research on Cancer as probably or well-established carcinogenic to humans. A significant decrease of glucose and glutamine oxidation (60%) was observed after a treatment for 48 hours with the two pollutants while each pollutant alone had no significant effect. These observations are correlated with an increased lactate production by two fold. These effects are maintained in the presence of antioxidative NAC (10 mM), suggesting that they are independent of the oxidative status of the cell. We also observed a decreased incorporation of glucose in total lipids (50%). The ATP production and the cell respiration level were significantly decreased by the mixture by about 50% and 80%, respectively. In the same conditions, the glycogen production and the NADPH/NADPH,H+ ratio were unchanged. Taken together, these results suggest that POPs could worsen the metabolic phenotype of cancer cells. The molecular mechanisms underlying the POPs-induced metabolic reprograming are under investigation and should provide a better understanding of the signalling pathways involved in POPs action on the regulation of the energetic metabolism balance and their consequence on cancer.

Les composés organiques semi-volatils (COSV) font l’objet d’une attention croissante depuis une dizaine d’années. Utilisés dans de nombreux produits et matériaux du quotidien, ils sont émis dans les bâtiments par dispersion lors de l’usage, par évaporation ou abrasion. Du fait de leurs caractéristiques physico-chimiques, ces composés se répartissent à la fois dans l’air, en phases gazeuse et particulaire, et dans les poussières déposées au sol, sur le mobilier et les objets. Compte tenu du temps passé par la population dans les bâtiments, en particulier par les populations sensibles comme les enfants, les femmes enceintes et les personnes âgées, l’exposition à ces substances mérite d’être documentée, tenant compte des voies d’exposition en jeu : inhalation, ingestion et contact cutané. La thèse a porté sur les COSV présents en phase particulaire dans les logements. L’objectif de la thèse visait à exploiter les mesures de 66 COSV dans les particules en suspension de diamètre inférieur à 10 µm (PM10) et de 48 COSV dans les poussières au sol de taille inférieure à 100 µm considérées comme étant celles adhérant à la peau. Ces mesures ont été réalisées dans le cadre de deux campagnes nationales : la campagne « Logements » de l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur conduite en 2003-2005 et l’enquête Plomb-Habitat dont les prélèvements ont eu lieu en 2008-2009. Une hiérarchisation des molécules jugées prioritaires au regard de leur impact sanitaire potentiel avait permis au préalable d’établir la liste des COSV à mesurer. L’exploitation de ces données de contamination a notamment porté sur l’identification d’éventuelles spécificités françaises au regard des molécules en présence et/ou des concentrations mesurées. Elle a permis de mettre en lumière un ensemble de facteurs déterminants de l’exposition (influence de la taille des particules, du type de poussières collectées, de leur bioaccessibilité), qui ne sont pas toujours considérés et qui limitent par ailleurs la comparabilité des résultats. Les concentrations mesurées ont aussi permis d’évaluer rétrospectivement la hiérarchisation sanitaire et d’en confirmer la pertinence. Les concentrations des COSV quantifiés à la fois dans l’air et au sol ont été mises en perspective afin d’examiner dans quelle mesure les particules en suspension et les poussières déposées sont similaires en termes de concentrations et de mélanges de COSV en présence. Enfin, l‘estimation des doses d’exposition aux COSV à partir d’équations simples, de variables humaines d’exposition et des données de contamination a permis une première évaluation des contributions respectives de l’inhalation et de l’ingestion aux expositions domestiques des enfants et adultes à ces composés en phase particulaire. / Semi-volatile organic compounds (SVOCs) refer to a broad spectrum of molecules from different chemical families that have numerous properties. They can be used as pesticides, plasticizers, flame retardants, surfactants, lubricants, etc. Consequently, they are introduced in numerous applications in buildings or used daily by the entire population. Once emitted through evaporation or abrasion in the indoor environment or introduced from the outdoors, their chemical or biological degradation is limited, and they persist indoors. This persistence also explains why some SVOCs that were banned a few years ago are still detected in the air and dust inside buildings. In indoor environments, SVOCs are divided between the gas phase, airborne particles, and dust settled on floors and surfaces. SVOCs are of concern due to their established or suspected health effects and their widespread exposure through different environmental media and pathways. The objective of the thesis was to study the concentrations of 66 SVOCs on airborne particles (PM10) and 48 SVOCs in settled dust in two samples of dwellings randomly selected across France. PM10 were sampled during the nationwide housing survey carried out by the French Observatory of indoor air quality in 2003-2005. The dust samples were collected from vacuum cleaner bags during a nationwide survey carried out in French dwellings where at least one child aged 6 months to 6 years lived (2008-2009). The SVOCs to be analyzed had prior been selected using a ranking method based on their toxicity and indoor concentrations. The data analysis focused in particular on the identification of French specificities in terms of detected molecules and measured concentrations. It highlighted some determinants of exposure, e.g., influence of particle size, type of dust collected, dust bioaccessibility, which are not always considered and limit the comparability of results. The measured concentrations were also used to assess the health ranking implemented prior to this work and to confirm its relevance. The concentrations measured both in the air and in settled dust were compared to study the similarities in terms of concentrations and SVOC mixtures. Finally, the exposure doses to SVOCs were calculated for both a child and an adult to assess the respective contributions of inhalation and ingestion to these compounds in particulate phase in dwellings.

Le milieu nuageux est un milieu complexe au sein duquel un grand nombre d’espèces chimiques peuvent être transformées. Dans ce cadre, la caractérisation chimique et la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages ont été étudiées. La caractérisation chimique de la phase aqueuse des nuages a permis de montrer que les masses d’air échantillonnées au sommet du puy de Dôme sont majoritairement sous trois influences distinctes, à savoir océanique, continentale et anthropique. La distribution des paramètres physicochimiques et des composés inorganiques est dépendante du type de masses d’air échantillonnées. De plus, la quantification des acides carboxyliques et des aldéhydes a permis de mettre en avant la complexité de la matière organique avec la présence d’une multitude de composés encore non identifiés. L’étude de la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages a également été réalisée, montrant que la capacité photooxydante de la phase aqueuse des nuages ainsi que les vitesses de dégradation de différentes espèces chimiques sont plus importantes pour les masses d’air polluées. Pour la première fois, des vitesses de photoproduction des radicaux hydroxyles ont été évaluées dans la phase aqueuse des nuages, montrant que les ions nitrates et le peroxyde d’hydrogène sont des sources photochimiques majeures des radicaux hydroxyles (représentant jusqu’à 80 % de leur photoproduction totale). / Clouds represent complex media where many species can be transformed. In order to characterize the chemical composition of cloud water and to better understand the processes involved in the transformations of these species, the characterization and the photoreactivity of cloud water were studied. The characterization of cloud water showed that air masses sampled at the puy de Dôme station can be subject to different influences (marine, continental and anthropogenic). The distribution of the physicochemical parameters and of inorganic compounds was different for each kind of air masses. Moreover, the quantification of carboxylic acids and aldehydes showed the complexity of the organic matter contained in cloud water, with the presence of many unknown organic compounds. The photoreactivity of cloud water was also studied, showing that the oxidizing capacity of cloud water and the degradation rate of organic compounds were higher in polluted air masses. For the first time, hydroxyl radical formation rates were determined in cloud water sampled at the puy de Dôme station, showing that nitrate ions and hydrogen peroxide are among the main sources of hydroxyl radicals (contributing up to 80 % of their total photoformation).

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.

La photodégradation de l'herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique) et de son principal photoproduit (2,4-DCP) en présence de trois complexes Fe(III)-carboxylate (citrate, pyruvate, tartrate) a été étudiée. Les rendements quantiques de disparition du 2,4-D augmentent dans cet ordre : Fe(III)-TAr < Fe(III)-Cit < Fe(OH)2+ < Fe(III)-Pyr. Le même mécanisme de dégradation du 2,4-D est observé pour les trois complexes de fer et correspond à celui déjà décrit avec des processus généraux de radicaux hydroxyle. Le 2,4-D est dégradé sélectivement en 2,4-DCP, qui après formation de différents photoproduits peut être minéralisé complètement en H2O, Cl- et CO2. La formation de radicaux hydroxyles, obtenue sous irradiation des solutions de complexes Fe(III)-carboxylate a été confirmée par spectroscopie RPE. Ce travail montre que la présence de complexes Fe(III)-carboxylate peut avoir un impact considérable sur le devenir de polluants organiques présents dans les compartiments aquatiques naturels.

La gestion des boues de station d'épuration est un problème majeur. Dans ce travail, des charbons préparés à partir de boues de station d'épuration (SC) ont été utilisés comme support de catalyseurs. Les performances de ces catalyseurs ont été évaluées dans trois réactions d'oxydation pour le traitement de l'eau : le procédé Fenton, l'oxydation en voie humide catalytique et l'ozonation catalytique. Le catalyseur à base d'oxyde de fer supporté sur ce charbon (FeSC) est très actif dans le procédé de type Fenton pour la décoloration et la minéralisation de l'acide orange II (AOII). Les impuretés inorganiques présentes dans le charbon (cendres), telles que SiO2 et AI2O3, peuvent jouer le rôle de co-catalyseur. Le catalyseur FeSC est également très performant dans l'oxydation en voie humide catalytique du 2-chlorophénol à 120°C sous 0.9 MPa de pression partielle d'oxygène. Cependant, une lixiviation du fer est observée en cours de réaction du fait de la production de HC1 et de petits acides carboxyliques. La lixiviation du fer peut toutefois être évitée lorsque le pH du mélange réactionnel est maintenu en dessus de 4.5, sans que les performances catalytiques n'en soient affectées. Enfin, un catalyseur Mn-g-C3N4 supporté par un charbon obtenu à partir de boue de station d'épuration obtenu par modification de nitrure de carbone par des nanoparticules de manganèse a été synthétisé. L'activité catalytique de ce catalyseur composite est 1.6 fois supérieure à celle du catalyseur Mn-g-C3N4 non supporté. Ce catalyseur composite présente par ailleurs une bonne résistance à l'oxydation et une bonne stabilité, sans qu'aucune lixiviation du manganèse ne soit observée / The disposal of sewage sludge has become an issue of particular concern. In this thesis, sewage sludge derived carbon (SC) was employed as a catalyst support. The catalytic behavior of the prepared SC-based composite catalysts was investigated in three kinds of typical oxidation reactions, including heterogeneous Fenton-like oxidation, catalytic wet air oxidation (CWAO) and catalytic ozonation. Sewage sludge-derived carbon supported iron oxide catalyst (FeSC) showed high Fenton-like performances in the discoloration and mineralization of acid orange II (AOII). Inorganic components in the SC, such as SiO2 and AI2O3 may present have a co-catalytic effect upon Fenton-like reaction. FeSC catalyst also performed quite well in the CWAO of 2-CP at 120°C under 0.9 MPa oxygen partial pressure. However, iron leaching was observed due to the generation of HC1 and some small chain organic acids. Iron leaching could be efficiently prevented when the pH of the solution was maintained at values higher than 4.5, while the catalytic activity was only slightly reduced. Finally, Mn2O3 nanoparticles modified g-C3N4 (Mn-g-C3N4) was synthetized as a novel ozonation catalyst. To enlarge the adsorption capacity of the catalyst and improve its performances in the ozonation of sulfamethoxazole, the Mn-g-C3N4 catalyst was further supported over the sewage sludge-based activated carbon (SBAC). The catalytic activity of the composite catalyst was ca. 1.6 times higher compared to the unsupported Mn-g-C3N4 catalyst. The composite catalyst also exhibited very good resistance towards oxidation, limited Mn leaching and high stability

Actuellement, le public et surtout dans les pays industrialisés est de plus en plus conscient du fait que la dégradation de l’environnement peut dépasser les avantages du progrès rapide dans les domaines industriels et technologiques et que des dommages sérieux et irréversibles peuvent être imposés aux futures générations. L'occurrence des POPs dans l'environnement, qui résulte essentiellement des activités anthropogéniques, est l'une des préoccupations permanentes chez les scientifiques. Ces composés ont été trouvés dans toutes les matrices environnementales telles que l'air, le sol, l'eau et les sédiments et en raison de leurs propriétés lipophiles, ils risquent de rebondir dans la chaîne alimentaire humaine. Durant cette dernière décennie, le Liban a connu une grande explosion démographique qui a été accompagnée par des activités anthropogéniques diverses. La dégradation de la qualité de l’environnement est bien ressentie par la population locale et les conséquences sur la santé humaine sont lourdes et affreuses. Les travaux de cette thèse ont permis d’évaluer concrètement l’effet de POPs sur la qualité de l’environnement au Liban, ces travaux ont abouti à la détermination des niveaux de quelques POPs les plus globalement étudiés tels que les HAPs, les PCBs et les OCPs dans les différents compartiments environnementaux au Liban. A cette fin, des protocoles d'analyse comprenant une méthode GC/MS pour la séparation et la détection des HAPs, une méthode UAE pour l'extraction des HAPs à partir du sol et des sédiments et une méthode SPE pour l'extraction des HAPs à partir de l'eau ont été développés. Ces méthodes ont été ensuite appliquées pour évaluer les niveaux de 17 HAPs dans des sols de différents usages et pour étudier la distribution de HAPs dans la phase aqueuse et les sédiments sur les côtes libanais et dans des rivières côtières et internes. Les principaux résultats ont montré que les niveaux de contamination des sols par les HAPs décroissent dans l’ordre suivant: industriels, urbains, transport et agricoles et que les sols industriels et urbains étaient 777 et 256 fois plus toxiques que les sols ruraux de référence selon l'approche TEF. De plus, l'eau et les sédiments des sites côtiers affectés par l'industrie et le transport maritime ont montré une contamination plus élevée par les HAPs. Certains échantillons de sédiments ont montré des niveaux de quelques HAPs individuels supérieures à l'ERL, ce qui pourrait occasionnellement provoquer des effets écologiques négatifs. Les travaux de cette thèse incluent aussi la détermination des niveaux des PCBs et des OCPs dans les sédiments de la rivière Litani qui est une source d’une grande préoccupation environnementale actuelle au Liban. / Currently, the public and especially in industrialized countries is increasingly aware that environmental degradation can outweigh the benefits of rapid progress in the industrial and technological fields and that serious and irreversible damage can be imposed on the future generations. The occurrence of POPs in the environment, which results mainly from anthropogenic activities, is one of the permanent concerns of scientists. These compounds have been found in all environmental matrices such as air, soil, water and sediments and because of their lipophilic properties, they are likely to rebound in the human food chain. During the past decade, Lebanon has experienced a large population explosion that has been accompanied by various anthropogenic activities. The degradation of the quality of the environment is felt by the local population and the consequences for human health are heavy and horrendous. The work of this thesis allowed to evaluate concretely the effect of POPs on the quality of the environment in Lebanon, this work led to the determination of the levels of some POPs most widely studied such as PAHs, PCBs and OCPs in the different environmental compartments in Lebanon. To this end, analytical protocols including a GC/MS method for the separation and detection of PAHs, a UAE method for the extraction of PAHs from soil and sediments and an SPE method for the extraction of PAHs from water were developed. These methods were then applied to evaluate the levels of 17 PAHs in soils of different uses and study the distribution of PAHs in the aqueous phase and sediments on the Lebanese coasts and in coastal and inner rivers. The main results showed that soil contamination levels by PAHs decreased in the following order: industrial, urban, transport and agricultural and that industrial and urban soils were 777 and 256 times more toxic than rural reference soils according to the TEF approach. In addition, water and sediments from coastal sites affected by industry and shipping have shown higher contamination by PAHs. Some sediment samples showed concentrations of a few individual PAHs greater than the ERL, which could occasionally cause negative ecological effects. The work of this thesis also includes the determination of levels of PCBs and OCPs in the sediments of the Litani River which is a source of great environmental concern currently in Lebanon.

Les composés perfluorés (PFC) de formule chimique générale CF3-(CF2)n-SO3- ( sulfonates) ou CF3-(CF2)n-1-CO2- (acides) sont des polluants organiques émergents, dont la persistance, la bioaccumulation et la toxicité sont maintenant considérées préoccupantes au plan sanitaire et environnemental. L'objectif de notre recherche a été de mettre en évidence les effets cancérogènes in vitro et le mécanisme d'action impliqué lors de l'exposition pendant 7 jours de cellules embryonnaires de hamster Syrien (SHE) aux principaux représentants perfluorés, le sulfonate de perfluorooctane (PFOS), le perfluorooctanoate (PFOA), et à leur substitut, le sulfonate de perfluorobutane (PFBS). Le test de transformation cellulaire dans sa version standard ou selon un protocole de type initiation-promotion a permis de détecter les substances cancérogènes de profil initiateur ou promoteur de tumeur. La génotoxicité des PFCs a été explorée par le test Comet en conditions alcalines. PFOS a présenté un profil cancérogène non génotoxique de type initiateur aux concentrations de 0,37 et 3,7 µM (p<=0,01), coïncidant avec les concentrations sériques des travailleurs exposés au PFOS. L'activation des gènes PPARs a été observée après 7 jours d'exposition au PFOS, avec une induction plus importante et plus précoce (dès 24 heures d'exposition) du gène ppar-bêta/gamma aux concentrations transformantes (p<=0,05). PFOA appliqué seul n'induit pas la transformation néoplasique des cellules SHE. Par contre, il induit la transformation des cellules présensibilisées par un initiateur. Il agit selon un profil cancérogène non génotoxique de type promoteur de tumeur aux concentrations de 3,7 x 10-4 à 37 µM. Ces concentrations coïncident avec les concentrations sériques mesurées dans les populations professionnellement et non professionnellement exposées. PFBS ne s'est révélé ni initiateur, ni promoteur de tumeur. La mise en cause de ces PFCs dans l'augmentation des cancers de la vessie (pour le PFOS) et celui de la prostate (pour le PFOA) chez les travailleurs exposés ne peut être exclue / Perfluorinated compounds (PFCs) is a collective name for fluorinated surfactants and polymers with the general structure CF3-(CF2)n-SO3- (sulfonates) or CF3-(CF2)n-1-CO2- .(acids). This group is characterized by a high persistence, bioaccumulation and long term toxicity which are rising environmental and public health concerns. In the present work, we analyzed the in vitro carcinogenic potential of the two major PFCs, perfluorooctane sulfonate (PFOS), and perfluorooctanoic acid (PFOA), and their substitute, perfluorobutane sulfonate (PFBS). Cell transformation assays were carried out on Syrian hamster embryo (SHE) cells in a 7 day-treatment using the standard and the initiation-promotion protocols. Genotoxicity was tested using the comet assay. PFOS was not genotoxic on SHE cells, but it induced cell transformation at non cytotoxic concentrations 0,37 and 3,7 µM (p<=0,01). These concentrations coincided with serum PFOS concentrations measured in occupationally exposed workers. An increased expression of PPARs was registered after 7 days. The ppar-beta/gamma mRNA appeared to increase rapidly (24 hours after PFOS treatment) at concentrations closely related to cell transformation (p<=0,05). PFOA was inactive alone, but induced cell transformation of SHE cells pre-initiated with benzo(a)pyrene (BaP). Therefore PFOA was shown to act as a tumor promoter and a non genotoxic carcinogen at a large range of concentrations (3,7 x 10-4 à 37 µM). This range of concentrations covered seric concentrations in non-occupationally exposed and occupationally exposed populations. PFBS was negative alone and on BaP-pretreated SHE cells. For this reason, its use as a substitute for PFOS appears to be justified. To conclude, the cell transforming potenty of PFOS and PFOA denotes in vitro carcinogenic potential. Consequently, the hypothesis of their implication in human cancer recorded in occupationally exposed populations cannot be ruled out

L’objectif de cette thèse est le diagnostic de l’état de santé de la lagune de Bizerte par une approche multi-marqueurs (chimique, biochimique et morphométrique) et multi-compartiments (sédiment et biote). Pour atteindre cet objectif, les modèles biologiques choisis sont la moule Mytilus galloprovincialis et le poisson gobie Zosterisessor ophiocephalus. Ces deux espèces sont largement répandues dans la lagune de Bizerte et la mer Méditerranée. Dans une première partie et afin d’estimer les niveaux de contamination de la lagune de Bizerte par les polluants organiques persistants (POPs), des analyses chimiques, granulométriques et minéralogiques (COT) de sédiments superficiels ont été réalisées. Par la suite la toxicité potentielle des sédiments a été évaluée par une batterie de bioessais. Dans une troisième partie la biodisponibilité et l’impact écotoxicologique des POPs étudiés ont été évalués par l’accumulation de ces contaminants au niveau des deux organismes indicateurs choisis et l’étude des réponses biologiques associées à travers quelques biomarqueurs tels que la catalase (CAT), l’acide thiobarbiturique (TBARS); l’Ethoxyrésorufine O-dééthylase (EROD); la glutathion-S-transférase (GST) et l'acétylcholinestérase (AChE). Les principaux résultats des analyses chimiques révèlent une contamination générale des sédiments et organismes étudiés par les POPs. Les niveaux de contamination sont fonction de l’espèce et de la station étudiée. La comparaison de nos valeurs avec les données de la littérature a montré que les niveaux de contamination de la lagune sont similaires ou légèrement inférieurs à ceux enregistrés dans des écosystèmes équivalents dans d’autres pays du monde. L’estimation de la toxicité des sédiments au moyen des valeurs guides sédimentaires (ERL, ERM, TEL et PEL) et trois tests biologiques (Microtox®, SOS-Chromotest® et test MELA) ont montré que les sédiments des stations du canal de Bizerte S1 et S3 représentent un danger accru pour les organismes aquatiques. Nos résultats ont montré que les biomarqueurs mesurés chez les deux espèces choisies sont des paramètres sensibles et inductibles permettant de qualifier l’état de santé des organismes et la qualité globale du milieu étudié. Les marqueurs morphométriques contrairement aux marqueurs biochimiques n’ont pas permis de discriminer les différents sites étudiés. Contrairement aux poissons, il a été démontré chez les moules que les facteurs abiotiques ont une influence sur les concentrations en POPs et les réponses des biomarqueurs.Au vu de l’ensemble de ces résultats, il apparaît que cette approche intégrative associant des mesures chimiques et écotoxicologiques représente un bon moyen pour évaluer la qualité de l’environnement notamment dans le cadre de programmes de biosurveillance. / The objective of this thesis was the diagnosis of the health status of the Bizerte lagoon using a multi-marker (chemical, biochemical and morphometric) and multi-compartment approach (sediment and biota). To achieve this objective, the selected biological models were the mussel Mytilus galloprovincialis and the goby fish Zosterisessor ophiocephalus. Both species are widespread in the Bizerte lagoon and the Mediterranean Sea. In a first part and in order to estimate the levels of contamination of the Bizerte lagoon, persistent organic pollutant (POPs), granulometric and mineralogical (TOC) analyses of surficial sediments were carried out. Afterwards, the potential toxicity of sediments was assessed by a battery of bioassays. In a the third part, bioavailability and ecotoxicological impact of POPs studied were assessed by bioaccumulation measurement in these two indicators species, and the study of biological responses associated through a battery of biomarkers such as catalase (CAT), thiobarbituric acid (TBARS); Ethoxyresorufin O-deethylase (EROD); glutathione-S-transferase (GST) and acetylcholinesterase (AChE). The main results of the chemical analyses show a general contamination of sediments and organisms studied by POPs. Contamination levels are dependent on the studied species and stations. Comparing our values with literature data, showed that the levels of contamination of the lagoon are similar or slightly lower than equivalent ecosystems in other parts of the world. Besides, the estimation of sediment toxicity, using sediment guideline values (ERL, ERM, TEL et PEL), as well as bioassays (Microtox®, SOS-Chromotest® and MELA test) showed that stations of canal of Bizerte S1 and S3 were associated with an increased hazard to aquatic organisms. Our results showed that biomarkers measured in both selected species are sensitive and inducible parameters, which allowed to characterize the health status of organisms and global quality of the studied environment. Biochemical but not morphometric markers allowed to discriminate the different studied sites according to chemical risk. Unlike fish, it has been demonstrated in mussels that abiotic factors influence the concentrations of POPs and biomarker responses.Obtained data suggest that integrative approach, combining chemical and ecotoxicological measurements, may represent a good way to asses the quality of the environment, particularly, in the context of biomonitoring programs.

Dans ce travail de thèse, les radicaux hydroxyles et sulfates, générés par les procédés électro-Fenton et électro-persulfate utilisant une anode en fer, respectivement, ont été utilisés pour la dégradation des édulcorants synthétiques et un colorant azoïque. Les études réalisées sont essentiellement concentrées sur : efficacité de dégradation, mécanismes d'oxydation, schémas de minéralisation et évolution de la toxicité lors de traitement des polluants cibles.1. Le procédé électro-Fenton a montré une grande efficacité dans la dégradation oxydative de l'Aspartame (ASP). La dégradation et la minéralisation sont essentiellement affectées par la concentration du catalyseur (Fe2+) et l'intensité du courant. La constante de vitesse absolue de la réaction d'hydroxylation de l'ASP a été déterminée comme (5,23±0,02) x 109 M-1 s-1. Les acides oxalique, oxamique et maléique ont été identifiés comme sous-produits aliphatiques. La toxicité de la solution (méthode Microtox) augment dans un premier temps et ensuite diminue progressivement lors du traitement.(2) L'édulcorant artificiel Saccarine (SAC) a été efficacement dégradée par procédé électro-Fenton avec anodes DSA, Pt et BDD. Cependant, l'utilisation de l'anode BDD a accéléré significativement la minéralisation de la SAC. Les conditions optimales pour la minéralisation efficace de la SAC étaient: [SAC]: 0,2 mM, [Fe2+] (catalyseur): 0,2 mM, [Na2SO4] (électrolyte): 0,05 M, I (courant): 200 mA et pH: 3. Les acides oxalique, formique et maléique ont été identifiés comme sous-produits aliphatiques. La mesure de la toxicité indique une augmentation en début d'électrolyse (formation des intermédiaires toxiques) et puis une diminution progressive le long du traitement.(3) L'édulcorant artificiel Sucralose (SUC) a été complètement minéralisée en 360 min de traitement par procédé électro-Fenton avec l'anode Pt ou BDD. Le taux de minéralisation est affecté par la concentration de Fe2+ et le courant appliqué. L'efficacité du courant de minéralisation diminue avec l'augmentation du courant de 100 à 500 mA avec les deux anodes. Les acides oxalique, pyruvique, formique et glycolique ont été détectés au cours du processus de minéralisation.(4) Les solutions du colorant azoïque Orange II ont été effectivement décolorées par les radicaux sulfates générés par l'activation électrochimique du peroxydisulfate (PDS) utilisant un catalyseur solide, FeOOH (procédé CE/α-FeOOH/PDS). Le pH initial a peu d'effet sur la décoloration. La méthodologie RSM (Response Surface Methodology) basée sur le modèle Box-Behnken a été appliquée pour analyser les variables expérimentales. Les résultats indiquent que le courant a un effet positif sur la vitesse de décoloration. L'interaction du dosage de l'α-FeOOH et la concentration de PDS ont des effets significatifs. Les résultats d'analyse de variance (ANOVA) ont confirmé que les modèles proposés étaient exactes et fiables pour l'analyse des variables du procédé CE/α-FeOOH/PDS. Le catalyseur solide α-FeOOH a montré une bonne stabilité structurelle et pourrait être réutilisé.(5) Les solutions d'Orange II ont été dégradés par les radicaux sulfates obtenus par le même procédé mais avec catalyseur Fe3O4 : EC/Fe3O4/PDS. La vitesse de décoloration est affecté principalement par : pH initial de la solution, densité du courant, concentration de PDS et dosage de Fe3O4. La solution a été totalement décolorée en 60 min dans les conditions suivantes: [Orange II]0: 25 mg/L, [PDS]: 10 mM, [Fe3O4]: 0,8 g/L, densité du courant (j): 8,4 mA/cm2 et pH initial: 6,0. Les expériences de recyclage ont montré que les particules de Fe3O4 étaient stables et pourraient être réutilisées. Les spectres XPS ont montré la formation de Fe(II) sur la surface des particules de Fe3O4 lors de traitement. Les principaux intermédiaires ont été séparés et identifiés par la technique GC-MS et un schéma plausible de dégradation d'Orange II a été proposé / In this paper, electro-Fenton and sulfate radical-based electro-Fenton-like processes were used to degrade artificial sweeteners and azo dye. The results obtained during the research concern the removal efficiency, the oxidation mechanism, degradation pathway and toxicity evolution of target pollutants.(1) Electro-Fenton process was a effective method for the degradation of ASP in water. The removal and mineralization rate was affected by the Fe2+ concentration and applied current. The absolute rate constant of hydroxylation reaction of ASP was (5.23 ± 0.02) × 109 M–1 S–1. Short-chain aliphatic acids such as oxalic, oxamic and maleic acid were identified as aliphatic intermediates in the electro-Fenton process. The bacteria luminescence inhibition showed the toxicity of ASP solution decreased after it reached a maximum during the first period of the oxidation reaction.(2) Artificial sweetener SAC could be degraded effectively by electro-Fenton process with a DSA, Pt or BDD anode. However, the using of BDD anode could accelerate the mineralization of SAC. The optimal conditions for SAC removal were SAC concentration 0.2 mM, Fe2+ concentration 0.2 mM, Na2SO4 concentration 50 mM, applied current 200 mA and initial pH 3.0. Oxalic, formic, and maleic acid were observed as aliphatic byproducts of SAC during electro-Fenton process. The bacteria luminescence inhibition showed the toxicity of SAC solution increased at the beginning of electrolysis, and then it declined until the end of the reaction.(3) Artificial sweetener Sucralose could be completely mineralized in a 360 min reaction by electro-Fenton process with a Pt or BDD anode. The mineralization rate was affected by the Fe2+ concentration and applied current. The mineralization current efficiency (MCE) decreased with rising applied current from 100 to 500 mA with both Pt and BDD anode. Oxalic, pyruvic, formic and glycolic acids were detected during the oxidation of sucralose.(4) Orange II was effectively decolorized by EC/α-FeOOH/PDS process. The initial pH of Orange II solution had little effect on the decolorization of Orange II. RSM based on Box-Behnken statistical experiment design was applied to analyze the experimental variables. The response surface methodology models were derived based on the results of the pseudo-first-order decolorization rate constant and the response surface plots were developed accordingly. The results indicated the applied current showed a positive effect on the decolorization rate constant of Orange II. The interaction of α-FeOOH dosage and PDS concentration was significant. The ANOVA results confirmed that the proposed models were accurate and reiable for the analysis of the varibles of EC/α-FeOOH/PDS process. The catalystα-FeOOH showed good structural stability and could be reused.(5) Aqueous solutions of Orange II have been degraded effectively in the EC/Fe3O4/PDS process. The decolorization rate was affected by the initial pH of Orange II solution, current density, PDS concentration and Fe3O4 dosage. Orange II can be totally decolorizated in a 60 min reaction when initial Orange II concentration was 25 mg/L, PDS concentration was 10 mM, Fe3O4 dosage was 0.8 g/L, current density was 8.4 mA/cm2 and initial pH was 6.0. Recycle experiments showed Fe3O4 particles were stable and can be reused. XPS spectrum indicated Fe(II) was generated on the surface of Fe3O4 particles after reaction. The main intermediates were separated and identified by GC-MS technique and a plausible degradation pathway of Orange II was proposed