L’oxydation photocatalytique des Composés Organiques Volatils (COVs) apparaît comme un procédé très prometteur pour la réduction de la pollution atmosphérique. Ce travail avait pour objectif d’étudier l’oxydation photocatalytique de plusieurs COVs au sein d’un réacteur annulaire: méthyléthylcétone (MEK), acétone, 1-propanol ou encore triéthylamine (TEA). Dans une première partie, l’influence de plusieurs paramètres cinétiques tels que la concentration en polluant, l’intensité lumineuse, le temps de contact et le taux d’humidité a été étudiée. Un mécanisme de dégradation photocatalytique a été établi pour chaque polluant en fonction des sous-produits détectés par GC/MS. Dans une seconde partie, la diffusion de radicaux hydroxyles OH• dans la phase gazeuse, après activation photonique du TiO2, a été mise en évidence par Fluorescence Induite par Laser (LIF). Pour la première fois, ces radicaux OH• ont été détectés à des pressions proches des conditions atmosphériques. Dans ce cas, nous pouvons en conclure que la dégradation photocatalytique des COVs pourrait être partiellement due à une réaction en phase gazeuse entre les COVs et les radicaux OH• / Photocatalytic oxidation of airborne contaminants appears to be a promising process for remediation of air polluted by Volatile Organic Compounds (VOCs). The aim of our study is the photocatalytic oxidation of several VOCs using an annular reactor: methylethylketone (MEK), acetone, 1-propanol and triethylamine (TEA). First, the influence of different kinetic parameters such as pollutant concentration, incident light irradiance, contact time and humidity has been studied. A mechanistic pathway has been indeed proposed for each pollutant according to the produced intermediates species detected by GC/MS. Second, the diffusion of hydroxyls radicals OH• in gas phase, after photonic activation of TiO2, has been highlighted using Laser-Induced Fluorescence (LIF). For the first time, OH• radicals have been detected at atmospheric pressures, close to the major photocatalytic oxidation conditions, leading to the assumption that the photocatalytic degradation of VOCs might be at least partially occurs between pollutants and OH• radicals in gas-phase

La désinfection de l’eau de consommation et des piscines induit la formation de sous-produits (SPD) potentiellement nocifs pour la santé, parmi lesquels les trihalométhanes (THM), les acides haloacétiques (HAA) et les chloramines (CAM). La difficulté d’estimer l’exposition humaine à ces SPD empêche de cerner précisément les risques sanitaires possiblement associés (i.e., cancérigènes, reprotoxiques, irritatifs). Nos travaux s’articulent autour d’une méthodologie consistant à intégrer des données d’occurrence environnementales à des modèles toxicocinétiques à base physiologique (TCBP) pour améliorer les mesures de l’exposition aux SPD. Cette approche multidisciplinaire veut prendre en compte de manière aussi appropriée que possible les deux composantes majeures des variations de cette exposition : les variations spatio-temporelles des niveaux de contamination environnementale et l’impact des différences inter- et intra-individuelles sur les niveaux biologiques. Cette thèse, organisée en deux volets qui explorent chacun successivement des aspects environnemental et biologique de la problématique, vise à contribuer au développement de cette stratégie innovante d’estimation de l’exposition et, plus généralement, à des meilleures pratiques en la matière. Le premier volet de la thèse s’intéresse à l’exposition en milieu domestique (i.e., résultant de l’utilisation de l’eau potable au domicile) et est consacré au cas complexe des THM, les plus abondants et volatils des SPD, absorbables par ingestion mais aussi par inhalation et voie percutanée. Les articles I et II, constitutifs de ce volet, documentent spécifiquement la question des variations inter- et intra- journalières de présence des SPD en réseau et de leurs impacts sur les estimateurs de l’exposition biologique. Ils décrivent l’amplitude et la diversité des variations à court terme des niveaux environnementaux, présentent les difficultés à proposer une façon systématique et « épidémiologiquement » pratique de les modéliser et proposent, de manière originale, une évaluation des mésestimations, somme toute modestes, des mesures biologiques de l’exposition résultant de leurs non-prise en compte. Le deuxième volet de la thèse se penche sur l’exposition aux SPD en piscine, d’un intérêt grandissant au niveau international, et se restreint au cas jugé prioritaire des piscines publiques intérieures. Ce volet envisage, pour quantifier l’exposition dans ce contexte particulier, l’extension de l’approche méthodologique préconisée, élaborée originellement pour application dans un contexte domestique : d’abord, à travers une analyse approfondie des variations des niveaux de contamination (eau, air) des SPD en piscine en vue de les modéliser (article III); puis en examinant, dans le cas particulier du chloroforme, le THM le plus abondant, la possibilité d’utiliser la modélisation TCBP pour simuler des expositions en piscine (article IV). Les résultats mettent notamment en évidence la difficulté d’appréhender précisément la contamination environnementale autrement que par un échantillonnage in situ tandis que la modélisation TCBP apparait, sur le plan toxicologique, comme l’outil le plus pertinent à ce jour, notamment au regard des autres approches existantes, mais qu’il convient d’améliorer pour mieux prédire les niveaux d’exposition biologique. Finalement, ces travaux illustrent la pertinence et la nécessité d’une approche multidisciplinaire et intégratrice et suggère, sur cette base, les pistes à explorer en priorité pour mieux évaluer l’exposition aux SPD et, in fine, cerner véritablement les risques sanitaires qui en résultent. / Disinfection of drinking and swimming pool waters disinfection is unavoidable but induces the formation of by-products (DBPs), such as trihalomethanes (THMs), haloacetic acids (HAAs) and chloramines (CAMs), that could be harmful to human health. The still challenging DBP exposure assessment prevent their suspected adverse effects (i.e., cancers, adverse pregnancy outcomes, irritations) to be clearly established. A methodology has been conceptualized which consists of integrating environmental occurrence data with physiologically based toxicokinetic (PBTK) modeling to improve DBP exposure assessment. It was designed to allow both spatial and temporal variations of the environmental contamination and the biological impacts of between- and within- individual differences to be accounted for. This thesis comprised of two parts. Each one investigates successively both environmental and biological aspects. The objective is to contribute to the development of an innovative integrated strategy and to the definition of best practices for DBP exposure assessment. The first part of the thesis, comprising papers I and II, focuses on household exposure (i.e., resulting from drinking water use at home) and on THMs, the most abundant and volatile DBPs that can be absorbed not only by ingestion but also by inhalation and dermal absorption. These two papers investigate particularly the short-term (day-to-day and within-day) variations of THM levels in the drinking water and then their impact on the internal exposure indicators. They described the amplitudes and the diversity of the environmental variations, failed to model them in a systematic and practical way for epidemiological purposes but assessed, for the first time, their impacts on the predicted biological levels which appeared quite low. The second part concerns the exposure to DBPs in swimming pool which is of a growing international interest. Only the allegedly worrying case of public indoor swimming pool was regarded. This section focuses on the feasibility of using the previously mentioned approach, which was first designed for dealing with household exposure, for DBP exposure assessment in swimming pools. First, Paper III investigated the occurrence and spatial and temporal variations of DBPs in both water and air of swimming pools to model them. Focusing on chloroform, the most abundant THM, Paper IV examined the ability and reliability of PBTK modeling to simulate various swimming pool exposure events and predict the resulting biological levels in individuals. The results show, among other things, the difficulty of explaining precisely the environmental contamination and point out the necessity to carry out a minimal in situ sampling to monitor the environmental levels of DBPs. Compared to other approaches, PBTK modeling is a powerful but still to be improved tool for predicting swimming pool exposure. Eventually, these works underline the relevance and the necessity of a multidisciplinary and integrating approach for better estimating exposure to DBPs and therefore health risks. Further issues that should be addressed are recommended.

Contexte : L’exposition professionnelle aux sous-produits de combustion est répandue et peut contribuer à l'étiologie du cancer du sein. Cette étude vise à estimer l’association entre l’exposition professionnelle à certains sous-produits de combustion et le risque postménopausique de cancer du sein. Méthodes : Cette étude cas-témoins populationnelle comprenait des femmes ménopausées âgées de 47-75 ans résidant à Montréal, Québec (2008-2011). Les cas incluaient 695 femmes ayant reçu un diagnostic cancer du sein malin et 608 témoins sélectionnés aléatoirement à partir de la Liste électorale du Québec, appariés aux cas en fréquence (groupes d'âge de 5 ans). L’information sur les facteurs de risque et l'historique professionnel a été recueillie par entrevue. Des hygiénistes industriels ont évalué l'exposition à 293 agents, dont six sous-produits de combustion. Le risque de cancer du sein associé à l'exposition professionnelle à certains sous-produits a été estimé, pour l'ensemble des tumeurs et leurs sous-types moléculaires, par régression logistique inconditionnelle avec rapports de cotes ajustés (RC) et intervalles de confiance à 95 % (IC 95%). Résultats : Des associations positives suggestives ont été trouvées entre l'exposition aux hydrocarbures aromatiques polycycliques et certains sous-types moléculaires de tumeurs : toutes tumeurs, RC=1,18 (IC95%=0,80-1,76), tumeurs luminales A, RC=1,25 (IC95%=0,81-1,93) et tumeurs luminales B, RC=2,09 (IC95%=0,87-4,60). Un risque élevé a été observé avec l'exposition aux fumées de cuisson pour les tumeurs HER2-enrichies (RC=2,63, IC95%=0,98-6,40). Conclusion : L'exposition à certains sous-produits de combustion peut augmenter le risque de certains sous-types moléculaires de cancer du sein. Des études futures explorant cette association sont justifiées. / Background: Postmenopausal breast cancer is the most common cancer among women, yet little is known about its association with occupational exposures. Exposure to combustion by-products is widespread in occupational settings and may contribute to breast cancer etiology. Here, we sought to estimate the association between lifetime occupational exposure to select combustion by-products and the risk of postmenopausal breast cancer. Methods: This population-based case-control study included postmenopausal women residing in Montreal, Quebec (2008-2011). Cases comprised 695 women aged 47-75 years diagnosed with incident malignant breast cancer, and 608 controls randomly selected from the Quebec Electoral List, frequency-matched to cases (5-year age groups). Information on risk factors and employment history was collected by interview. Exposure to 293 agents, including six combustion by-products was assessed by industrial hygienists. Unconditional logistic regression was used to estimate adjusted odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (95% CIs) for breast cancer risk, both overall and by tumor molecular subtypes, to occupational exposure to select combustion by-products. Results: We found suggestive positive associations between exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and certain molecular subtypes of tumors: for all tumors, OR=1.18 (95% CI: 0.80-1.76), Luminal A tumors, OR=1.25 (95% CI: 0.81-1.93) and Luminal B tumors, OR=2.09 (95% CI: 0.87-4.60). Elevated risked were observed for exposure to cooking fumes for HER2-enriched tumors (OR=2.63, 95% CI: 0.98-6.40). Conclusion: Exposure to select combustion by-products may increase the risk of certain hormonal subtypes of breast cancer. Future studies exploring this association are warranted.