Avec la population en constante croissance, les besoins alimentaires sont de plus en plus importants. Afin de répondre à la demande des populations, ainsi que pour s’assurer d’un bon rendement agricole, les agriculteurs suivant un mode d’agriculture qualifié de conventionnel doivent palier aux limitations naturelles des cultures. C’est par exemple en utilisant des pesticides ou herbicides pour la gestion des espèces nuisibles. Ce peut être aussi en utilisant des matières résiduelles fertilisantes pour apporter dans les sols les éléments essentiels à la bonne croissance des végétaux. Ces matières peuvent être des boues récupérées en sortie de station d’épuration, ou des fumiers. Les traitements mis en œuvre pour traiter ces matières étant insuffisants, divers contaminants sont introduits en même temps que les nutriments essentiels lors de leurs épandages. Pour les boues, ce sont les produits issus des activités humaines quotidiennes (produits pharmaceutiques et de soin corporel). Il est donc possible de retrouver dans les sols de cultures conventionnelles, un mélange de pesticides, herbicides, produits pharmaceutiques et de soin corporel et autres contaminants organiques. Ces substances, présentes dans les sols sous leurs formes initiales (ingrédient actif) ou dégradées (produits de dégradation), peuvent potentiellement interagir avec les organismes biologiques des sols et causer d’éventuels effets toxiques. Les vers de terre représentent une grande partie de la biomasse animale des sols et contribuent à la régulation des processus majeurs des sols. Vivant dans les sols et s’en nourrissant, ils sont par conséquent directement exposés à tous les contaminants qui s’y trouvent. Il apparaît dans ces conditions importantes de déterminer les potentiels effets toxiques des mélanges de contaminants organiques (pesticides et produits pharmaceutiques) sur les vers de terre. Les concentrations en contaminants organiques dans les sols sont faibles, de l’ordre du ng.g-1 (poids sec), et des effets létaux sur des organismes robustes comme les vers de terre sont peu probables. D’autres effets peuvent cependant apparaître, en altérant par exemple le comportement reproducteur des vers, leur croissance, ou encore en causant des dommages à leur ADN. Ces molécules organiques peuvent aussi s’accumuler dans les tissus des vers de terre, ce qui présente des risques supplémentaires pour les maillons supérieurs du réseau trophique. Des méthodes standardisées pour évaluer ces risques existent. Cela dit, elles ont été mises en place pour estimer les limites en termes de concentrations dans les sols auxquelles les effets toxiques vont apparaître. Les molécules sont par conséquent étudiées seules et à de hautes concentrations. L’objectif principal de ces présents travaux est de mettre en place un protocole nous permettant de détecter un ensemble d’effets sublétaux des contaminants organiques sur les vers de terre de l’espèce Eisenia andrei en exposant les vers à des mélanges de pesticides et de produits pharmaceutiques à faibles concentrations (environnementales), ou bien à des produits marqueurs d’une contamination spécifique. Le protocole expérimental retenu est basé sur un test de reproduction, auquel des analyses chimiques des tissus des vers de terre et des échantillons de sol pour évaluer la bioaccumulation des contaminants sont ajoutés. Dans ce cas d’étude, la bioaccumulation fait référence à l’accumulation des contaminants organiques provenant de toutes les sources d’exposition (alimentation, contact) dans les tissus des vers de terre. L’essai comètes appliqué aux vers de terre adultes pour déterminer l’endommagement de l’ADN vient compléter les données. Ce protocole a été appliqué à plusieurs reprises, en exposant les vers de terre à des mélanges divers de contaminants organiques (pesticides et produits pharmaceutiques) ajoutés directement au sol artificiel, en concentrations environnementales (< 100 ng.g-1 , masse sèche). L’effet le plus marquant est la bioaccumulation sélective des insecticides de la famille des néonicotinoides dans les tissus des vers de terre, quelle que soit la composition de mélange de contaminants organiques ajoutés au sol. Lorsqu’exposés au triclosan à 50 ng.g-1 (dw), les vers de terre modifient leur comportement de reproduction, et accumule cette molécule. Lorsque le triclosan est ajouté par l’intermédiaire d’une boue contaminée dans ces mêmes sol artificiel et à une concentration finale équivalente, la bioaccumulation est du même ordre de grandeur que précédemment. C’est la forme dérivée du triclosan, le méthyl-triclosan, qui apparaît progressivement dans les sols et est accumulé plus fortement que le triclosan lui-même. Ce phénomène n’était pas observé lors de l’ajout du triclosan dissous dans un solvant. Bien que réalisés dans un système artificiel, les travaux présentés dans ce mémoire montrent l’importance de rechercher les effets écotoxicologiques des contaminants en conditions les plus réalistes possibles (mélanges, concentrations faibles). Le suivi de la composition chimique des sols d’exposition au cours des expériences permet de mieux comprendre l’origine des effets observés, particulièrement lorsque les produits de transformation peuvent également être analysés. Pour aller plus loin dans les études des effets sublétaux de contaminants organiques sur les vers de terre, des expériences incluant un suivi de plusieurs générations successives apporteraient de nombreuses informations sur la sensibilisation des jeunes vers et le risque pour les populations à long terme.

Les substances pharmaceutiques sont classées comme contaminants environnementaux émergents et suscitent une attention croissante du fait de leurs effets potentiellement néfastes sur les écosystèmes. Après excrétion ou élimination inappropriée, les médicaments vont se retrouver dans les eaux de surface, souterraines voire de consommation. De nombreuses études écotoxicologiques ont pour objet la mesure de leurs impacts sur les écosystèmes. Pour autant, ces études portent essentiellement sur le médicament lui-même alors que nombre d'entre eux sont susceptibles de se transformer dans l'environnement selon des processus biotiques (microorganismes) et/ou abiotiques (traitements chimiques, photodégradation). Les produits de transformations (PTs) ainsi formés vont d'une part, progressivement remplacer le médicament parent dans l'environnement, et d'autre part y exprimer une écotoxicité potentielle. Face à ce problème, nous nous proposons à partir d'un médicament largement utilisé, de procéder à la synthèse de ses PTs plausibles et à la mise au point de méthode de détection dans des matrices complexes. L'accès aux PTs suivra une approche pluridisciplinaire faisant appel à la bioconversion, l'électro-Fenton et l'oxydation électrochimique. L'analyse comparative des composés obtenus par ces différentes approches permettra de sélectionner les PTs les plus probables / Pharmaceuticals as well as personal care products are classified as emerging pollutants of increasing concern due to possible negative impacts on ecosystems. They are constantly introduced in sewage treatment plants either through excretion, or disposal by flushing of unused or expired medication, or directly within the sewage effluents of plants or hospitals. They end up in surface and ground waters and can even be found in drinking water. Many studies report on adverse effects on terrestrial and aquatic organisms. Pharmaceuticals have complex chemical structures capable of reacting in an aqueous medium under the action of chemical, biological or physical agents. Thus, the transformation products (TPs) gradually replace the parent drug in the environment. In addition these transformation products constitute markers of past or current presence of the drug in the environment. Faced with this problem, we believe it is necessary to synthesize the transformation products of the parent compounds to development their detection. The proposed method consists, firstly, to prepare the largest number of (TPs) of a particular drug using three complementary approaches : bioconversion, electro-Fenton and electrochemical oxidation. A second step is to identify the structures which are the most likely present in the environment. Expected advances are the development of a predictive methodology applicable to the study of any molecule involved in environmental risk

De nos jours, l’évaluation de la qualité d’un milieu naturel repose traditionnellement sur des analyses ciblant des molécules déjà connues pour être biologiquement actives. Cependant ces molécules ne reflètent que partiellement les effets biologiques observés et la complexité des matrices environnementales. Par ailleurs, les contaminants dans l’environnement subissent des phénomènes de dégradation (hydrolyse, biodégradation, photodégradation). Ces processus peuvent conduire à la génération de produits de transformation qui sont encore trop peu pris en compte dans l’évaluation du risque, alors qu’ils sont susceptibles d’occasionner des effets toxiques plus importants que les molécules mères. L’impact écotoxicologique de ces mélanges nécessite préalablement l’obtention d’une vision globale quant à la présence et au devenir de ces molécules.Dans ce contexte, ces travaux appliquent une méthodologie pluridisciplinaire afin d’identifier des molécules préoccupantes et pertinentes à surveiller. Pour cela, ce travail s’appuie sur des analyses ciblées ultra-traces, des outils bioanalytiques, et des analyses non ciblées, qui ont été appliqués sur des échantillons environnementaux ou issus d’études en laboratoire mimant l’évolution des matrices environnementales. Au final, cette étude a permis : (1) d’identifier des molécules préoccupantes en estuaire de Seine sur la base de leur occurrence et de leur persistance, (2) d’identifier de nouveaux produits de transformation et (3) d’identifier les molécules responsables d’activités biologiques dans des matrices très complexes. / To date, environmental risk assessment is based on a restricted number of molecules assessed by targeted chemical analyses. However, this approach give a partial picture of co-occurrence of known and unknown compounds. Moreover, in the aquatic environment, chemicals are not completely mineralized and are subject to abiotic and biotic processes. Transformation products (TPs) can be more toxic and more persistent than the parent compound. However, TPs are not typically included in classical monitoring and risk assessment. Because of complexity and variability of these matrices and the restricted number of molecules focused in targeted chemical analyses, selection of relevant molecules for environmental monitoring is often laborious.In this context, an integrative approach was used in order to identify chemicals of concern for a classical monitoring. This work has been realized on environmental complex samples and on laboratory-generated samples. A combination of targeted, non-targeted analyses and in vitro bioassays was performed and allowed to: (1) identify polar chemical of concern in the Seine estuary on the basis of occurrence and persistence, (2) identify new transformation products and (3) identify compounds responsible of biological activity observed in complexes matrices.