Au-dessus d’une certaine température appelée température de trouble (Tc), les solutions aqueuses de la majorité des tensioactifs non ioniques polyéthoxylés se séparent en deux phases liquides en équilibre : la phase diluée et le coacervat. Grâce à la solubilisation micellaire de composés hydrophobes, amphiphiles ou même ioniques et à leur concentration dans le (faible) volume de coacervat, une extraction à deux phases aqueuses (extraction par point de trouble ou par coacervat)peut être réalisée et appliquée à des opérations de dépollution d'effluents industriels ou à la concentration ou encore à la séparation de substances à haute valeur ajoutée. L’extraction par point de trouble (CPE) est une technique relativement simple et écologique pour l'élimination des matières toxiques de l'environnement, qui s’est avérée efficace dans le traitement de divers contaminants (organiques et inorganiques dissous ou dispersés) de l’eau. Une première partie de cette thèse consiste à rappeler quelques notions sur la pollution industrielle des eaux et quelques généralités sur les tensioactifs (TA) et sur l’extraction liquide-liquide. Elle est suivie d’une description des réactifs, du matériel et des méthodes utilisées au cours de ce travail, comme préliminaire à la mise au point d'un procédé d'extraction par coacervat. Quelques propriétés thermodynamiques superficielles (adsorption) et d’association (micellisation) de deux tensioactifs non ioniques industriels (le Simulsol NW342 et le Tergitol 15-S-7) ont été déterminées. Les courbes de démixtion des systèmes binaires (eau/TA) ainsi que l’effet de divers additifs (sel, composés organiques, tensioactifs ioniques) sur le point de trouble sont étudiés. Le diagramme isotherme du système ternaire (eau/TA/ phénol) est tracé. Une application du modèle de Flory-Huggins-Rupert pour la prédiction des courbes de démixtion des tensioactifs non ioniques a été expérimentée. L’extraction à un seul contact, à partir de solutions modèles, utilise des alcools oxo éthoxylés biodégradables (Simulsol NW342 et Tergitol 15-S-7) pour des polluants organiques dissous (phénol, 1-phényléthanol et alcool benzylique) et un mélange de tensioactifs non ionique (Simulsol NW342) et ionique (SDS ou CTAB) pour des polluants métalliques solubles (plomb(II), molybdène(VI)). On cherche le meilleur compromis entre le pourcentage de soluté extrait (E%),la fraction volumique du coacervat (фv), et les pourcentages de soluté et de tensioactif restants dans la phase diluée (Xs,d et XTA, d), en utilisant un plan d'expériences de type Scheffé et un lissage empirique des courbes. Les résultats sont très prometteurs car les pourcentages d’extraction varient de 60 à 95% pour les solutés organiques et de 40 à 85% pour les solutés métalliques, les meilleures performances étant obtenues pour le phénol et le plomb. D’autre part, il est possible, en jouant sur le pH, d’améliorer les séparations et de recycler le tensioactif après désextraction des solutés. Les cinétiques d’extraction, de séparation et de clarification ont été aussi étudiées pour une meilleure compréhension de ces systèmes. Enfin, l’extraction continue du phénol à partir du mélange eau/4%Simulsol NW342/0,2%phénol (mass.) a été testée sur deux appareillages (extracteur centrifuge et mélangeurdécanteur)thermostatés. Dans un procédé multi-étagé à courants croisés sur un mélangeur-décanteur, on arrive à réduire la concentration du phénol à moins de 0,3ppm (concentration limite selon la législation) après six étages. / Above a certain temperature called cloud point (Tc), aqueous solutions of most nonionic polyethoxylated surfactants separate into two liquid phases in equilibrium: the dilute phase and the coacervate. Thanks to the micellar solubilization of hydrophobic, amphiphilic or even ionic compounds and their concentration in the low volume of coacervate, two-aqueous phase extraction (cloud-point or coacervate extraction) can be performed and applied to the removal of pollutants from aqueous industrial effluents or to the concentration or even separation of high added-value chemicals. Cloud point extraction (CPE) is a relatively simple and ecologically-safe technique for the removal of toxic materials from the environment; this process has proved efficient in treating water for various contaminants including dissolved or dispersed organic and inorganic chemicals. The first part of this thesis consists of recalling some notions on industrial wastewater, some generalities about surfactants (TA) and liquid-liquid extraction, followed by a description of all the reagents, materials and methods used in this work as a preliminary study of a coacervate extraction process. Some surface thermodynamic (adsorption) and association (micellization) properties of two industrial nonionic surfactants (Simulsol NW342 and Tergitol 15-S-7) were determined. The cloud point curves of water /TA binary systems are drawn and the effect of various additives (salt, organic compounds, ionic surfactants) on the cloud point is studied. The isothermal diagram of a water/TA/phenol ternary system is drawn. An application of the Flory-Huggins-Rupert model for the prediction of cloud point curves of nonionic surfactants is discussed. Single contact extraction, from model solutions, uses biodegradable polyethoxylated nonionic surfactants (Simulsol NW342 and Tergitol 15-S-7) for dissolved organic pollutants (phenol, 1-phenylethanol and benzyl alcohol) and mixed micelles of nonionic (Simulsol NW342) and ionic (SDS, CTAB) surfactants for soluble electolytes (lead (II), molybdenum (VI)). We search for the best compromise between the percentage of solute extracted (E%), the coacervate volume fraction (фc) and the percentages of solute and surfactant remaining in the dilute phase (Xs,d and XTA,d), These experimental results are subject to an empirical smoothing through a Scheffé-type experimental design, and an empirical curve fitting procedure. The results are very promising, due to the percentage of solute extracted, which varies between 60 and 95% for organic solutes and from 40 to 85% for electrolytes, the best performances being obtained for phenol and lead. On the other hand, it is possible, by adjusting pH, to improve the separation and recycle the surfactant after back-extraction. The kinetics of extraction yield and phase separation and clarification were also investigated for a better understanding of these systems. Finally, the continuous extraction of phenol from a model solution (water/4wt.% Simulsol NW342/0.2wt.% phenol) on two thermostated equipments (a centrifugal extractor and a mixer-settler) was attempted. In a multi-stage process on a cross-current mixer-settler, the concentration of residual phenol in the dilute phase could be reduced to less than 0.3 ppm (concentration allowed by standard European regulations) after six stages.

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.

L’océan Austral est soumis à la redistribution globale des contaminants par les voies atmosphérique et océanique. Cependant, la contamination des écosystèmes austraux est très peu connue, en particulier dans le secteur Indien. De par leur toxicité, leur mobilité et leur capacité à se bioaccumuler dans les tissus des organismes et à se bioamplifier dans les réseaux trophiques, le mercure (Hg) et les polluants organiques persistants (POPs) comptent parmi les contaminants les plus préoccupants. Du fait de leur position élevée dans les réseaux trophiques, les oiseaux marins sont exposés à de grande quantités de contaminants par la voie alimentaire. En conséquence, ils sont souvent utilisés comme bioindicateurs de l’état de contamination des écosystèmes, par le biais des plumes et du sang, qui peuvent être échantillonnés de façon non destructive. Ma thèse s’est intéressée aux nombreuses espèces d’oiseaux marins (plus de 40) qui nichent au sein des Terres Australes et Antarctiques Françaises, au sud de l’Océan Indien, afin de décrire et expliquer les niveaux de contaminants le long d’un large gradient latitudinal, de l’Antarctique à la Zone Subtropicale, et d’identifier les meilleures espèces bioindicatrices pour un suivi à long terme de la contamination de ces écosystèmes. Au cours d’une première étape méthodologique, les manchots et les poussins de toutes les espèces ont été identifiés comme de bons bioindicateurs de contamination puisque, à la différence de la plupart des oiseaux adultes, ils présentent une faible variabilité des niveaux de contaminants dans les plumes. Au cours d’une seconde étape explicative, l’effet de facteurs intrinsèques (traits individuels) et extrinsèques (écologie alimentaire déduite grâce à la méthode des isotopes stables) sur les niveaux de contaminants a été évalué dans les plumes des oiseaux de la communauté de Kerguelen (27 espèces) et dans le sang du grand albatros de Crozet (180 individus dont les traits de vie sont connus). L’écologie alimentaire s’est avérée être le principal facteur explicatif des niveaux de contaminants, tandis que l’âge, le sexe, la phylogénie et le statut reproducteur jouent un rôle mineur. La classe d’âge est néanmoins un facteur à prendre en compte, puisque les poussins montrent souvent des concentrations inférieures aux adultes. Au cours d’une troisième étape, les variations spatio-temporelles de la contamination ont été étudiées en utilisant une sélection d’espèces bioindicatrices et en tenant compte de leur écologie alimentaire. Plusieurs résultats portant sur différentes espèces (oiseaux océaniques) et populations (poussins de skua) ont montré que, contrairement aux prédictions, l’exposition des oiseaux au Hg augmente graduellement des eaux antarctiques aux eaux subantarctiques puis aux subtropicales, alors que l’exposition aux POPs, en accord avec la théorie de la distillation globale, montre la tendance inverse. D’autre part, la comparaison des concentrations en Hg dans les plumes de manchot, effectuée entre des spécimens de musée et des échantillons actuels, indique que leur exposition au Hg n’a pas changée depuis les années 1950-1970. Toutefois, des espèces subantarctiques montrent une tendance à la hausse. De futures études devraient viser à l’utilisation des plumes comme tissu de référence pour l’évaluation et le suivi de la contamination des écosystèmes, en particulier en ce qui concerne les POPs. Parmi les nombreuses espèces étudiées au cours de ces travaux de thèse, les bioindicateurs les plus pertinents se révèlent être le manchot empereur et le pétrel des neiges (Antarctique), le manchot royal, le pétrel bleu et l’albatros à sourcil noirs (subantarctique), le gorfou sauteur subtropical et l’albatros à bec jaune (subtropical). Le suivi à long terme de ces espèces permettra d’évaluer l’évolution temporelle de l’état de contamination de l’océan Austral. / Antarctic and subantarctic marine environments are reached by inorganic and organic contaminants through ocean circulation and atmospheric transport. Yet, environmental contamination is poorly known in the Southern Ocean, in particular in the Indian sector. Among environmental contaminants, mercury (Hg) and persistent organic pollutants (POPs) are primarily of concern, because they are toxic, highly mobile, and they bioaccumulate in the tissues of living organisms and biomagnify up the food web. Seabirds, as upper predators, are exposed to large quantities of contaminants via food intake and have widely served as biomonitors of marine contamination, notably through the non-destructive sampling of their feathers and blood. My doctoral work has focussed on the abundant and diverse seabird species (more than 40) breeding in the French Southern and Antarctic Lands, southern Indian Ocean, in order to describe and explain contaminant concentrations over a large latitudinal gradient, from Antarctica to the subtropics, and to identify the best bioindicator species for contaminant biomonitoring. In a first methodological step, seabirds with synchronous moult of body feathers (adult penguins and chicks of all species) were recognised as good candidates as bioindicators, because, unlike most adult birds, they present low within-individual variation in feather contaminant concentrations. In a second explanatory step, the influence of intrinsic (individual traits) and extrinsic factors (feeding ecology inferred from the stable isotope method) driving variation in contaminant concentrations was evaluated in feathers of the large avian community of the Kerguelen Islands (27 species) and in blood of wandering albatrosses from the Crozet Islands (180 birds of known individual traits). Feeding ecology was the main factor driving variation in contaminant concentrations of blood and feathers, both at the community, population and individual levels, whereas age, sex, phylogeny and breeding status played a minor role. Age-class was however an important intrinsic factor to consider, with chicks usually having lower concentrations than adults. In a third step, spatio-temporal patterns of contamination were studied through selected bioindicator species and by taking into account their feeding habits. Results from different species (oceanic seabirds) and populations (skua chicks) showed that, contrary to predictions, Hg exposure gradually increases from Antarctic to subantarctic and subtropical waters, whereas, in accordance with the global distillation theory, POPs exposure has the opposite pattern. Comparisons between penguin feathers from museum collections and contemporary samples showed that bird exposure to Hg is overall not different today when compared to 50-70 years ago, but subantarctic species are possibly experiencing an increasing trend. Future research efforts should be focussed on the use of feathers as biomonitoring tools, in particular for POPs determination. The best recommended bioindicator species include the emperor penguin and snow petrel (Antarctic), king penguin, blue petrel and black-browed albatross (subantarctic), and northern rockhopper penguin and Indian yellow-nosed albatross (subtropical). Future biomonitoring studies on these species will give invaluable insights into the poorly-known temporal trends of environmental contamination in the Southern Ocean.

Les processus d'oxydation avancés à base du radical sulfate (SO4•- -) ont prouvé leur efficacité pour l'élimination de nombreux contaminants. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les processus d'oxydation et de dégradation par le radical sulfate activé à partir du persulfate (PS) pour les molécules suivantes : le diatrizoate, molécule utilisée comme produit de contraste radiologique iodé (DTZ), le salbutamol (SAL) et la terbutaline (TBL), agonistes des récepteurs ß2-adrénergiques. En outre, la réactivité de SO4•- avec la matière organique naturelle (NOM) a également été déterminée. Plus précisément, pour déterminer la réactivité de SO4•- avec NOM, une technique de photolyse laser couplée à la spectroscopie (LFP) a été appliquée pour étudier l'évolution de SO4 • ainsi que la formation d'espèces transitoires à partir de la matière organique. Des constantes de vitesses comprises entre 1530 et 3500 s-1 mgC-1 L ont été obtenues par analyse numérique des équations différentielles et des valeurs moyennes de coefficient d'absorption molaires comprises entre 400 et 800 M-1 cm-1 ont été déterminées pour les espèces transitoires générées de la matière organique.Dans le processus de décomposition de DTZ par PS activé par UV, les principales voies d'oxydation sont la dé-iodination-hydroxylation, la dé-carboxylation-hydroxylation et le clivage de la chaîne latérale. Les résultats ont également indiqué que la vitesse de dégradation du DTZ augmentait avec l'augmentation de la concentration en PS. La présence de NOM a inhibé la dégradation de DTZ, tandis que le bicarbonate l'a amélioré. Pour les ions chlorure un effet négatif a été observé pour des concentrations supérieures à 500 mM.Pour la dégradation du SAL et du TBL, il a été montré que les radicaux phénoxy jouaient un rôle majeur en début de réaction. Par ailleurs, le chlorure n'a pas eu d'effet tangible sur l'efficacité d'oxydation de la SAL et du TBL, tandis que les ions bromures, bicarbonates et le NOM présentaient des effets inhibiteurs / Sulfate radical (SO4•-) based advanced oxidation processes (AOPs) has been proved to be effective for the removal of many contaminants. In this thesis, we investigated the oxidation processes of iodinated X-ray contrast media diatrizoate (DTZ), ß2-adrenoceptor agonists salbutamol (SAL) and terbutaline (TBL) by reaction with SO4•- generated from the activation of persulfate (PS); in addition, the reactivity of SO4•- with natural organic matter (NOM) was also estimated.Specifically, to determine the reactivity of SO4•- with NOM, laser flash photolysis (LFP) technique was applied to monitor the SO4•- decay and the formation of the transients from organic matters. Reaction rate constants comprised between 1530 and 3500 s-1 mgC-1 L were obtained by numerical analysis of differential equations and the weighted average of the extinction coefficient of the generated organic matters radicals between 400 and 800 M-1 cm-1.In the decomposition process of DTZ by UV-activated PS, major oxidation pathways include deiodination-hydroxylation, decarboxylation- hydroxylation and side chain cleavage. Results also indicated that DTZ degradation rate increased with increasing PS concentration. The presence of NOM inhibited DTZ removal rate, while, bicarbonate enhanced it, and chloride ions induced a negative effect above 500 mM. For the degradation of SAL and TBL, phenoxyl radicals were proven to play a very important role from the initial step. Chloride exhibited no effect on the oxidation efficiencies of SAL and TBL, while bromide, bicarbonate and NOM all showed inhibitory effects

Les enfants sont exposés au p,p’-dichlorodiphényltrichloroéthane (p,p’-DDT) et au p,p’-dichlorodiphényldichloroéthylène (p,p’-DDE) par transfert placentaire et par le lait maternel. Plusieurs études laissent croire que cette exposition pourrait avoir un impact sur l’indice de masse corporelle (IMC) pendant l’enfance. Le but de notre étude était d’évaluer l’association entre l’exposition par le lait maternel et l’IMC des enfants japonais âgés de 42 mois. Nous avons utilisé les données d’une étude pilote (n=290) de la Japan Environment and Children Study (JECS). Le p,p’-DDT et le p,p’-DDE ont été mesurés dans le lait maternel, et les concentrations chez l’enfant ont été estimées pour trois périodes (0-6 mois, 6-12 mois, 12-24 mois) à l’aide d’un modèle de toxicocinétique. Les associations avec l’IMC à 42 mois ont été évaluées à l’aide de modèles de régression linéaire multivariée. Aucune association n’a été observée avec les concentrations de p,p’-DDT mesurées dans le lait maternel, ni avec les concentrations estimées chez les enfants. Des associations positives avec les concentrations de p,p’-DDE estimées ont été observées chez les filles. Chaque augmentation d’un logarithme naturel dans les concentrations estimées était associée avec une augmentation du score z de l’IMC de 0.23 (I.C. 95% : 0.01, 0.45) pour la période d’exposition 0-6 mois, de 0.26 (I.C. 95% : 0.06, 0.47) pour la période 6-12 mois, et de 0.24 (I.C. 95% : 0.05, 0.43) pour la période de 12-24 mois. Ces associations étaient dans le même ordre de grandeur que l’association observée dans une méta-analyse publiée récemment (augmentation du score z de l’IMC de 0.13 par augmentation d’un logarithme naturel dans l’exposition prénatale), ce qui supporte l’hypothèse que l’exposition développementale au p,p’-DDE est associée avec une augmentation de l’IMC durant l’enfance. / Children are exposed to p,p’-dichlorodiphenyltrichloroethane (p,p’-DDT) and p,p’-dichlorodiphenyldichloroethylene (p,p’-DDE) through placental and lactational transfer. Studies have revealed that these exposures could lead to increased body mass index (BMI) during childhood. Our aim was to assess whether exposure through breast milk is associated with BMI in Japanese children at 42 months of age. We used data from a pilot study (n=290) of the Japanese Environment and Children Study (JECS). p,p’-DDT and p,p’-DDE levels were measured in breast milk, and levels in children were estimated using a toxicokinetic model for three exposure periods (0-6 months, 6-12 months, 12-24 months). Associations with BMI at 42 months of age were assessed using multivariate linear regression models. Our study revealed no significant association with levels of p,p’-DDT measured in breast milk or estimated in children. Positive associations with p,p’-DDE were found in girls during all exposure periods. For each log increase in the estimated p,p’-DDE levels, BMI z-score increased by 0.23 (C.I. 95%: 0.01, 0.45) for the 0-6 months exposure period, 0.26 (C.I. 95%: 0.06, 0.47) for the 6-12 months exposure period and 0.24 (C.I. 95%: 0.05, 0.43) for the 12-24 months exposure period. Our results in girls were similar to those found in a previous meta-analysis that included boys and girls (BMI z-score increase of 0.13 by log increase in prenatal p,p’-DDE levels), supporting that early-life exposure to p,p’-DDE may be associated with increased BMI during childhood.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont très préoccupants dans les écosystèmes arctiques car ils sont résistants à la dégradation, semi-volatils et lipophiles. En raison des courants océaniques et atmosphériques naturels, l'Arctique est constamment contaminé par des POPs. Une fois dans l'Arctique, les POPs affectent non seulement la faune (par exemple les ours polaires), mais aussi la population autochtone, en particulier en raison de leur dépendance à leur régime alimentaire traditionnel. De multiples disparités de santé sont liées aux POPs, il n'est donc pas surprenant qu'il existe de grandes différences de santé entre les Canadiens autochtones et non autochtones. À l'échelle moléculaire, les POPs ont été associés à des changements épigénétiques suite à une exposition in utero et adulte. L'hérédité épigénétique paternelle a été décrite dans des cohortes humaines et des modèles animaux allant du ver à la souris. L'exposition aux contaminants environnementaux au cours des moments clés du développement a été corrélée avec des changements physiologiques chez la progéniture future qui s'étendent souvent sur plusieurs générations. Malgré ces observations, les mécanismes moléculaires sous-jacents de l'hérédité non génétique (épigénétique) restent inconnus. Ici, nous émettons l'hypothèse que l'exposition in utero à un mélange de POPs représentatif de l'environnement induit des épimutations dans la lignée germinale paternelle qui sont ensuite transmises à travers la lignée paternelle compromettant ainsi le développement embryonnaire précoce sur plusieurs générations (non) exposées. Nous émettons en outre l'hypothèse qu'une intervention nutritionnelle, utilisant une supplémentation en acide folique alimentaire (vitamine B9), atténue et / ou réduit les épimutations spermatiques induites parles POPs et les phénotypes embryonnaires précoces générationnels associés. Pour tester ces hypothèses, les rates Sprague-Dawley fondatrices (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs représentatif de l'environnement (500 μg de BPCs plus les autres POPs / kg de poids corporel) ou de l'huile de maïs et ont reçu un régime d'acide folique 1X ou 3X représentant l'apport des aliments enrichis ± prise d'une multivitamine. Les traitements ont été administrés cinq semaines avant la reproduction et jusqu'à la mise bas. Seules les femelles fondatrices F0 ont été directement exposées au mélange de POPs et / ou au régime d'acide folique 3X. Les descendants F1-F4 suivants ont reçu un régime d'acide folique 1X. À 90 jours, les mâles F1 ont été reproduits avec des femelles non traitées pour obtenir les portées F2. Similairement, les descendants des générations F3 et F4 ont été générés. Pour chaque génération, les spermatozoïdes des mâles (âgés de 150 jours) ont été prélevés et des embryons au stade deux cellules ont été collectés des femelles. Cette thèse démontre que de multiples mécanismes épigénétiques spermatiques, à savoir les miARN, la méthylation de l'ADN et la marque d'histone H3K4me3, sont significativement affectés par l'exposition in utero aux POPs et sont partiellement sauvés par la supplémentation en acide folique de manière inter- (F1, F2) et parfois transgénérationnelle (F3, F4). Bien que la lignée paternelle F3 n'ait pas montré de paramètres spermatiques altérés, elle a produit les pires résultats de grossesse par rapport à toutes les autres générations. Ceci est particulièrement intéressant car l'expression des gènes des embryons à deux cellules F4 a révélé le plus grand nombre de gènes exprimés différentiellement en raison de tous les traitements. Ces altérations précoces du développement pourraient être le fondement de résultats phénotypiques défavorables ultérieurs. En plus de ce qui précède, dans un chapitre complémentaire, nous démontrons que l'exposition aux POPs environnementaux est associée à l'expression du gène du tissu adipeux de la mère ours polaire sauvage et de ses oursons. Ceci peut être lié à un dysfonctionnement métabolique, mettant ainsi en évidence les différences physiologiques de réponse entre les adultes et leurs petits. Les résultats de cette thèse servent de preuves pour des concepts essentiels qui ont des implications majeures pour les populations humaines et fauniques. / Paternal epigenetic inheritance has been described in human cohorts and animal models ranging from worm to mouse. Exposure to environmental contaminants during key developmental time points has been correlated with physiological changes in future offspring that oftentimes last over multiple generations. Despite these observations, the underlying molecular mechanisms of nongenetic (epigenetic) inheritance remain unknown. Persistent organic pollutants (POPs) are of great concern in Arctic ecosystems as they are resistant to degradation, semi-volatile and lipophilic. Due to naturally-occurring ocean and atmospheric currents, the Arctic is persistently contaminated with POPs. Once in the Arctic, POPs affect wildlife (e.g. polar bears) and also the Indigenous human population particularly through their reliance on the traditional diet. Multiple adverse health outcomes are related to POPs, and an increasing body of evidence showed big health discrepancies between Indigenous and non-Indigenous Canadians. On a molecular scale, POPs cause epigenetic changes following in utero and adult exposure. Here we hypothesize that in utero exposure to an environmentally-relevant Arctic POPs mixture induces epimutations in the paternal germline that are subsequently transmitted through the paternal lineage thereby compromising early-embryonic development in multiple (un)exposed generations. We further hypothesize that a nutritional intervention, using dietary folic acid (Vitamin B9) supplementation, mitigates and/or reduces the POPs induced sperm epimutations and associated generational early-embryonic phenotypes. Folic acid's potential protective role against environmental pollutants, such as BPA, DDT and air pollutants, has been demonstrated multiple times. Folic acid functions as a methyl donor in the methyl cycle, a cycle that is of high importance during prenatal development as rapid cell division and epigenetic reprogramming occur. To test these hypotheses, founder Sprague-Dawley rat dams (F0) were gavaged with an environmentally-relevant POPs mixture (500 μg PCBs plus remaining POPs/kg body weight) or corn oil and were fed a 1X or 3X folic acid diet representing intake from fortified foods ± additional supplementation. Treatments were administered five weeks before reproduction and until parturition. Only F0 founder females were directly exposed to the POPs mixture and/or 3X folic acid diet. Subsequent F1-F4 offspring received a 1X folic acid diet. At 90 days of age, F1 males were bred with untreated females to obtain F2 offspring. Likewise, F3 and F4 generation offspring were generated. For each generation, sperm were collected from males (150 days of age) and two cell embryos from females. This thesis demonstrates that multiple epigenetic mechanisms in sperm, specifically non-coding micro RNAs (miRNAs), DNA methylation and histone mark H3K4me3, are significantly affected by in utero POPs exposure and are partially restored by folic acid supplementation in an inter- (F1,F2), sometimes, transgenerational (F3, F4) manner. Although the F3 paternal lineage did not show altered sperm parameters, it did display the worst pregnancy outcomes compared to all other generations. This is particularly interesting as F4 two-cell embryo gene expression revealed the highest number of differentially expressed genes due to all treatments. These early developmental alterations could be the foundation for later adverse phenotypic outcomes. In a complementary chapter, we hypothesized that exposure to POPs differentially alters genome-wide gene transcription in the adipose tissue from mother polar bears and their cubs, highlighting molecular differences in response between adults and young. Results confirm that environmental POPs exposure is associated to wild polar bear mother and cub adipose tissue gene expression, which may be linked to metabolic dysfunction; thereby highlighting physiological differences in response between adults and their young. The outcomes of this thesis serve as essential proof-of concept that has major implications for human and wildlife populations.

Dans les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical, la percolation des eaux usées à travers le milieu filtrant entraine la rétention physique des matières en suspension à la surface des filtres, et leur accumulation conduit à la formation d’une couche de boue principalement sur le premier étage des filtres. Longtemps considérée comme un facteur de risque de colmatage, cette couche de surface est aussi un compartiment majeur de la performance du système. Dans l’objectif de mieux connaitre la nature et l’évolution des dépôts qui la constituent, des échantillons issus de 14 stations en fonctionnement ont été prélevés pour analyser notamment la nature de leur matière organique particulaire et son évolution. Les résultats ont montré que les dépôts de stations de plus de trois ans de fonctionnement tendent vers un état similaire, caractérisé par la présence de composés organiques stables et complexes et par une plus faible réactivité de la matière organique particulaire. Les dépôts provenant de stations de moins d’un an de fonctionnement présentent une signature particulière, caractérisée par une matière organique réactive et peu mature. En complément de cette évolution en surface du filtre, la matière organique particulaire des eaux usées entrantes peut également subir des modifications au sein du process d’un filtre planté de roseaux. La présence d’un lit bactérien comme traitement additionnel participe à l’hydrolyse et à la transformation de la matière organique particulaire par des processus de minéralisation et d’humification. L’ajout de chlorure ferrique favorise l’agrégation de la matière. Enfin, des polluants organiques et métalliques d’intérêt ont fait l’objet d’une première quantification dans ces dépôts afin d’estimer leur rétention pour mieux appréhender les risques potentiels en cas de dysfonctionnement ou d’épandage. L’étude du comportement à la lixiviation en fonction du pH a permis de mettre en évidence que la libération de certains éléments traces est liée à celle de la matière organique. / The percolation of unsettled wastewater in French Vertical Flow Constructed Wetlands (VFCWs) causes the formation of a sludge layer at the surface of the first stage filter due to the retention of sludge deposits. Although the growth of this layer over the years of operation is a potential source of clogging risks, it also largely contributes in the performance of the system, depending on its properties. In order to better understand these phenomena, surface sludge deposits samples taken from 14 VFCW sewage treatment plants were collected and analyzed. Results showed that the structure and composition of the sludge deposits from treatment plants with more than three years of operation time were remarkably similar, characterized by the presence of stable and complex organic compounds and a low reactivity and biodegradability of the particulate organic matter. Deposits from treatment plants with less than one year of operation time were composed of more reactive and less mature organic matter. The particulate organic matter of the inflow wastewater was also shown to undergo modifications within the treatment chain of the vertical flow constructed wetland. The implementation of a biological trickling filter as an additional treatment prior to the filter stages was found to induce the transformation of soluble and particulate organic matter through mineralization and hydrolysis, and to contribute to humification probably by the detachment of biofilm fragments. The injection of ferric chloride used to precipitate phosphates was found to promote aggregation within the sludge deposits. Finally, the role of the sludge layer in the retention of a selection of organic and metallic pollutants in VFCW systems has been evaluated by analyzing sludge deposits samples. Detergents were found at higher concentrations than PCPP. The potential release of the sorbed contaminants was studied using leaching tests as a function of pH. Results showed that the release of some trace metals (mostly copper) was governed by the leaching behavior of organic matter.