Les pratiques industrielles du traitement du bois aux CCA (Cr, Cu et As) conduisent<br />souvent à une forte contamination des sols de ces sites industriels, et leur lixiviation naturelle<br />par les eaux de pluie constitue un risque potentiel pour les nappes phréatiques et pour la<br />chaîne alimentaire. Afin de contribuer à mieux évaluer ce risque, nous nous proposons de<br />quantifier expérimentalement et de modéliser statistiquement les concentrations en CCA<br />lixiviables à partir de ces sols.<br />Dans le but de concilier les conditions du terrain avec les contraintes du laboratoire,<br />nous avons choisi d'expérimenter la lixiviation des CCA sur des colonnes de sols pollués et<br />non déstructurés, prélevées sur des sites industriels ayant connu une longue activité.<br />Toutefois, des prélèvements de sol déstructuré (plus simples) effectués simultanément, ont été<br />expérimentés en batch (plus aisés à mettre en oeuvre que les colonnes), afin d'évaluer la<br />pertinence d'un diagnostic effectué en batch en lieu et place des colonnes. A partir de cinq<br />sites préalablement reconnus, quatorze zones parmi les plus contaminées ont été<br />sélectionnées, représentant quatorze sols différents. Sur chaque zone, nous avons délimité une<br />surface d'environ 800 cm2 pour y échantillonner 3 ou 4 répliques du sol conditionné en<br />colonnes (10 cm de diamètre et de hauteur).<br />La gamme des teneurs initiales en CCA dans ces sols s'étend de quelques dizaines à<br />plusieurs milliers de mg/kg de sol sec, et montre généralement la prépondérance du Cu devant<br />le Cr et l'As (Cu > Cr > As). De fortes variations latérales des teneurs et une atténuation<br />verticale très rapide du signal (> 10 fois) ont été observées. De telles hétérogénéités dans le<br />sol peuvent résulter de l'association d'une fixation rapide le long d'une verticale dans les<br />macropores, et d'une diffusion plus lente dans les micropores opérant dans toutes les<br />directions du sol.<br />Les évènements pluvieux ont été simulés en enchaînant plusieurs cycles de lixiviation<br />en conditions de circulation saturée en eau. Les concentrations en CCA mesurées dans chacun<br />de ces cycles atteignent rapidement un état quasi-stationnaire qui permet de proposer une<br />moyenne des concentrations pour chaque élément, pour chacun des 14 sols.<br />En mesurant les concentrations de différentes espèces de CCA en solution aqueuse<br />(spéciation), nous avons constaté que l'ordre des concentrations en CCA lixiviés est le<br />suivant : Cr(VI) < Cutot / Cu2+ < As(V). La plupart des concentrations en Cr(VI) restent en<br />dessous de la limite de la valeur-guide de 50 μg/l. Les proportions de Cu2+ restant variables<br />suivant les sols (elles peuvent atteindre plusieurs mg/l pour les sols dont les teneurs sont les<br />plus élevées). L'As(V) présente de fortes concentrations (> 50 μg/l) pour la majorité des sols.<br />L'analyse statistique par régressions linéaires multiples nous a permis de relier les<br />concentrations en CCA lixiviés avec certaines des caractéristiques essentielles des sols. Les<br />concentrations en Cu et en As lixiviés sont systématiquement corrélées aux teneurs initiales<br />du sol et aux pH du sol. Le meilleur modèle a été établi pour le Cu, expliquant 96% des<br />variations en commun, alors que le Cr n'a pu être modélisé. Le modèle de l'As explique<br />quant-à lui 94 % des variations en commun avec néanmoins de fortes variations possibles<br />entre les valeurs mesurées et les valeurs calculées par le modèle. Des relations ont aussi pu<br />être proposées pour relier les résultats des batchs à ceux des colonnes. Avec certaines<br />précautions et vérifications, ces modèles pourraient être utilisés pour estimer les quantités de<br />CCA lixiviés par la simple mesure de quelques paramètres du sol.

Ce travail avait pour but : 1) de vérifier l'existence d'une relation entre espèces génomiques et écotypes associés aux plantes chez Agrobacterium spp.; 2) d'identifier les zones génomiques impliquées dans la différentiation en écotypes et, partant, en espèces génomiques dans ce taxon. Nous avons d'abord cherché et caractérisé au niveau génomique (par AFLP) des écotypes non-pathogènes et pathogènes (hébergeant un plasmide Ti), dans différents biotopes. Nos résultats montrent que la plante sélectionne des écotypes spécifiques au sein de la communauté des agrobactéries du sol. De plus, il apparaît que c'est parmis les écotypes spécifiques d'une plante donnée que sont recrutées certaines agrobactéries pathogènes isolées des tumeurs. L'AFLP prédictive réalisée sur le génome de la souche C58 nous a ensuite permis d'identifier les fragments AFLP caractéristiques de l'espèce G8. Les gènes et fonctions ainsi révèlées pourraient effectivement concerner des relations plantes-bactéries.

La première partie de ce travail porte sur le développement de nouvelles méthodes pour l'analyse de spéciation du mercure et des butylétains dans les matrices environnementales. La mise au point de ces nouvelles techniques analytiques de spéciation est basée sur la quantification par dilution isotopique. Les techniques développées sont axées principalement sur la détermination simultanée des composés de mercure et des butylétains ce qui comprend la préparation d'échantillon simultanée ainsi que l'analyse simultanée. Le développement porte sur les différentes matrices composant les environnements aquatiques : l'eau, les tissus biologiques et les sédiments.<br />Dans la deuxième partie de ce travail, les méthodes analytiques développées ont été appliquées à des études environnementales sur les cycles biogéochimiques du mercure et des butylétains dans les environnements aquatiques. Des méthodes expérimentales utilisant des espèces enrichies isotopiquement comme traceurs ont été développées et mises en œuvre. Elles permettent d'évaluer les taux de transformations du mercure (méthylation/déméthylation) dans les différents compartiments des environnements aquatiques que sont les sédiments et la colonne d'eau. Les facteurs environnementaux et notamment les paramètres biologiques sont aussi contrôlés afin de déterminer le lien entre les transformations du mercure et les activités des organismes vivants tels que les bactéries et le phytoplancton.

Les zones hybrides entre taxons proches peuvent offrir un regard privilégié sur les processus évolutifs, en particulier la spéciation. L'évolution de l'isolement reproducteur dans ces zones va dépendre en grande partie de l'intensité des flux de gènes et de la valeur sélective des hybrides. Chez les arbres forestiers, les zones de contact sont souvent très étendues, étant donnés leurs larges distributions, les longues distances de dispersion de pollen et les forts taux d'allofécondation. Nous avons choisi comme modèle d'étude des deux espèces de frênes Fraxinus excelsior L. (frêne commun) et Fraxinus angustifolia Vahl (frêne oxyphylle), autochtones en France. Nous avons d'abord développé des marqueurs moléculaires et physiologiques (liés à la dormance des graines) discriminants, qui se sont révélés être de bon outils pour l'aide au diagnostic de reconnaissance, mais insuffisants pour détecter les hybrides en populations naturelles. Nous avons donc utilisé des marqueurs microsatellites et des données morphologiques pour mettre en évidence plusieurs zones hybrides très différentes à l'échelle de la France. Nous avons montré que la distribution des deux espèces et de leurs hybrides était fortement corrélée aux variations de facteurs environnementaux, suggérant que le climat est déterminant pour limiter l'hybridation naturelle. Les deux espèces observant des dates de floraison très divergentes, nous avons étudié l'effet de la phénologie florale sur la limitation des flux de gènes à échelle locale. Nous avons montré l'existence d'un isolement par le temps. Les flux de gènes ont lieu principalement entre individus fleurissant à la même période, et les flux de pollen sont asymétriques. Les hybrides fleurissant tôt sont les plus nombreux, et ont un succès reproducteur mâle et femelle largement supérieur, produisant plus de fleurs et de graines et subissant sensiblement moins d'attaques de gales florales. Observant par ailleurs des taux d'autofécondation élevés, ils pourraient posséder une valeur sélective supérieure dans ce type d'écotone intermédiaire, pouvant accroître leur potentiel colonisateur.

Ce travail de recherche traite de l'impact des activités lombriciennes sur (1) la qualité des eaux de percolation et notamment leur charge en éléments traces métalliques (Cu, Cd, Pb et Zn) et (2) de la redistribution de ces éléments au sein des microsites particuliers du sol (turricules et parois de galeries). Le rôle des lombriciens sur la dynamique des éléments traces métalliques est étudié au laboratoire sur deux espèces Lumbricus terrestris et Nicodrilus giardi en présence ou en l'absence de pollution métallique constituée par un apport de boue de station d'épuration. Les flux d'éléments traces métalliques via les eaux de percolation augmentent en présence de lombriciens. Cette augmentation est due à un processus physique induis par la présence de galeries lombriciennes qui vont favoriser l'écoulement des eaux. Les galeries sont des microsites particuliers ou se déroulent des processus physico-chimiques susceptibles de changer la spéciation des ETM et ainsi de favoriser leur entraînement via les eaux de percolation. Cependant au cours de notre expérimentation aucun processus physico-chimique n'a pu être mis en évidence concernant la qualité des eaux de percolation. La redistribution des ETM au sein des microsites est étudiée au moyen de deux techniques complémentaires : les extractions chimiques et le fractionnement granulo-densimétrique. Ces deux techniques mettent en exergue une redistribution des ETM au sein des microsites, impliquant un changement de spéciation vers des espèces plus labiles. Deux types de redistributions sont identifiés : • Une redistribution liée au comportement alimentaire du ver qui va sélectionner des particules de sol plus ou moins contaminées et ainsi déterminer la concentration et la distribution des ETM au sein des turricules et galeries. • Une redistribution « physico-chimique » liée aux propriétés particulières des microsites (variation de pH, taux d'argile, ...). La redistribution physico-chimique est dans le cadre de nos expérimentations le plus souvent masquée par la redistribution dite « alimentaire ». Ce travail de recherche traite de l'impact des activités lombriciennes sur (1) la qualité des eaux de percolation et notamment leur charge en éléments traces métalliques (Cu, Cd, Pb et Zn) et (2) de la redistribution de ces éléments au sein des microsites particuliers du sol (turricules et parois de galeries). Le rôle des lombriciens sur la dynamique des éléments traces métalliques est étudié au laboratoire sur deux espèces Lumbricus terrestris et Nicodrilus giardi en présence ou en l'absence de pollution métallique constitué par un apport de boue de station d'épuration. Les flux d'éléments traces métalliques via les eaux de percolation augmentent en présence de lombriciens. Cette augmentation est due à un processus physique induis par la présence de galeries lombriciennes qui va favoriser l'écoulement des eaux. Les galeries sont des microsites particuliers ou se déroulent des processus physico-chimiques susceptibles de changer la spéciation des ETM et ainsi de favoriser leur entraînement via les eaux de percolation. Cependant au cours de notre expérimentation aucun processus physico-chimique n'a pu être mis en évidence concernant la qualité des eaux de percolation. La redistribution des ETM au sein des microsites est étudiée au moyen de deux techniques complémentaires : les extractions chimiques et le fractionnement granulo-densimétrique. Ces deux techniques mettent en exergue une redistribution des ETM au sein des microsites, impliquant un changement de spéciation vers des espèces plus labile. Deux types de redistribution sont identifiés : • Une redistribution liée au comportement alimentaire du ver qui va sélectionner des particules de sol plus ou moins contaminées et ainsi déterminer la concentration et la distribution des ETM au sein des turricules et galeries. • Une redistribution « physico-chimique » lié aux propriétés particulières des microsites (variation de pH, taux d'argile, ...).

Avec une législation devenant de plus en plus stricte concernant les sédiments de dragages, la décontamination des polluants et plus particulièrement, à cause de leur forte toxicité, des composés organostanniques, notamment le tributylétain (TBT) représente un enjeu très important. Différents procédés de décontamination des sédiments pollués existent. Certains reposent sur les phénomènes d'atténuation naturelle souvent longs et limités à certains polluants, tandis que d'autres consistent à stabiliser et confiner la pollution par voie chimique ou thermique. L'électrodécontamination est une technique innovante qui n'a encore reçu que peu d'applications au stade pilote ou sur le terrain au plan international. Le principe de base de ce procédé consiste à exploiter le déplacement d'espèces ioniques polluantes sous l'effet d'un champ électrique entre une ou plusieurs cathodes et une ou plusieurs anodes implantées dans un milieu poreux. D'une manière simplifiée, la dépollution qui s'effectue essentiellement par électromigration pour les espèces ioniques (métaux libres...) vers l'électrode correspondante (cathode pour les cations et anode pour les anions) et par électroosmose pour les espèces neutres (composés organiques ou organométalliques neutres...) le plus souvent vers la cathode. Son efficacité est contrôlée par le flux de polluants dans la solution du sol donc par leur vitesse de transport et de leur concentration dans la phase liquide. L'optimisation du procédé dépend donc simultanément de facteurs électrochimiques qui contrôlent le transport des polluants et de facteurs physico-chimiques qui influencent le transfert de matière. Plusieurs expériences ont été menées sur un modèle de matrice solide (kaolinite dopée en tributylétain (TBT)) et sous diverses conditions de pH et de gradient de potentiel. Des essais ont été également réalisés sur un sédiment naturel avec diverses conditions opératoires concernant le pH, le gradient de potentiel et la température. Les résultats montrent que nous obtenons des pourcentages d'abattements en TBT supérieurs à 90 % pour un modèle de matrice solide, la kaolinite dopée en TBT, et peuvent atteindre jusqu'à 70 % d'abattement pour un sédiment naturel. Ils montrent également que les composés migrent préférentiellement vers la cathode. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la compétition entre deux mécanismes : le transfert / transport des composés butylés de l'étain vers les électrodes et le transport du réactif facilitant la dégradation in-situ de ces espèces. Les travaux ont montré des résultats très satisfaisants et extrêmement prometteurs quant à l'application du procédé au stade pilote. Ils ont ouverts une voie particulièrement intéressante sur la décontamination des sédiments et leur gestion future.

Dans l'optique de leur valorisation en carburants alternatifs, il s'avère important d'acquérir une connaissance plus étendue des liquéfiats de charbon et des huiles de biomasse, notamment d'élucider la composition chimique des oxygénés présents en relativement forte concentration. L'objectif de cette thèse est donc de développer des systèmes analytiques résolutifs permettant de séparer les molécules oxygénées présentes dans ces produits. L'analyse des liquéfiats de charbon (0,5-5%m/m O) a été permise par la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle et a mené à une quantification inédite des alcools et des phénols. Les autres familles chimiques oxygénées ont été quantifiées par une approche analytique multi-technique faisant appel à la spectrométrie de masse très haute résolution (FT-ICR/MS), à la spectroscopie RMN et à la spectroscopie UV-visible. Au total, 70%m/m et 86%m/m de l'oxygène élémentaire a été quantifié. L'optimisation des conditions en GC×GC a aussi permis de quantifier 60%m/m de l'oxygène élémentaire présent dans les bio-huiles upgradées (10-20%m/m O), mais cette technique reste tout de même limitée en termes de résolution face à la complexité de ces huiles. Une troisième dimension de séparation par chromatographie en fluide supercritique a été couplée en ligne, en amont de l'analyse par GCxGC (SFC-GCxGC). Ce système permet une analyse quantitative détaillée des phénols, benzènediols, guaiacols et naphthols dans ce type de matrice. A travers l'analyse de ces deux produits, des considérations théoriques sur les notions d'orthogonalité et sur les mécanismes de rétention régissant les séparations ont été déduites

Le sélénium (Se) est un antioxydant et un oligo-élément pour les animaux et les humains. Néanmoins, l'intervalle de concentration entre carence et toxicité est très étroit. Ce métalloïde est introduit indirectement dans la chaine alimentaire via son accumulation dans les plantes. La littérature sur ce sujet est encore restreinte et incomplète, s'effectuant couramment sur des plantes modèles et en présence de fortes concentrations en Se. Cette thèse porte sur le transfert du Se dans une plante de grande culture, le Zea mays, et les conséquences de cette accumulation sur la physiologique de la plante à travers l'étude de l'accumulation des cations essentiels (Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu). Des expérimentations en milieu contrôlé (cultures en hydroponie) ont donc été réalisées pour obtenir un ensemble d'échantillons analysés ensuite par des techniques d'analyse adéquates et sensibles (CRC-ICP-MS par exemple). Diverses modalités influençant le transfert du Se dans la plante ont ainsi été étudiées : la concentration et forme du Se source ainsi que le stade de développement de la plante. Les résultats ont montré que l'absorption racinaire, la concentration au sein de la plante ainsi que le degré de métabolisation du Se, et par conséquent les apports en Se pour les populations animales et humaines, sont fortement influencés par les trois facteurs énoncés. De plus, cette étude a mis en évidence que l'accumulation des cations au sein des plantes dépendent du Se. Ces effets peuvent être associés au déséquilibre du système de détoxification des espèces oxygénées réactives des cellules, en cohérence avec le caractère ambivalent du Se: antioxydant ou pro-oxydant selon sa concentration.

La compréhension des processus de migration et de piégeage des radionucléides est importante pour prédire leur comportement à proximité des sites de résidus miniers ou pour estimer la sûreté de sites potentiels de stockage de déchets nucléaires à haute activité. La spéciation de l'uranium, influencée par de nombreux facteurs biotiques ou abiotiques, est un paramètre clé pour le contrôle de son transfert dans l'environnement. La spéciation de l'uranium a tout d'abord été étudiée dans les opales du gisement d'uranium de Nopal I (Mexique). Des observations par microscopie électronique en transmission ont révélé la présence de nanocristaux de vorlanite, un rare uranate de calcium cubique de formule CaUO4. Pour la première fois, la vorlanite a été trouvée avec une morphologie cubique en accord avec sa structure. Ces opales ont ensuite été analysées par spectroscopie de luminescence résolue en temps. La comparaison des spectres des opales avec ceux de références synthétisées au laboratoire a indiqué la présence de complexes uranyles monomériques ou polymériques (associés ou non à du calcium ou des phosphates) adsorbés sur la surface interne de l'opale à pH 7-8. Enfin, les pièges naturels de l'uranium ont été déterminés dans les résidus miniers de Gunnar (Canada). L'uranium est majoritairement présent sous forme de complexes uranyles adsorbés sur les octaèdres Fe(O,OH)6 d'(oxyhydr)oxydes de fer ou de chlorite, dans un premier site de stockage. Dans le second, nos résultats suggèrent la présence de coprécipités d'U(VI) avec des (oxyhydr)oxydes de fer. La mobilité de l'uranium à Gunnar est donc contrôlée par des processus d'adsorption/désorption et de dissolution/(co)précipitation

Le risque écotoxicologique des métaux présents dans le milieu naturel dépend beaucoup plus de leur statut physico-chimique que de leur concentration totale. Afin de déterminer ce statut, nous avons étudié par spectroscopie EXAFS les interactions au niveau moléculaire du zinc et du plomb avec différents systèmes naturels organiques: des acides humiques (AH), constituants de la matière organique des sols; des parois cellulaires de champignons filamenteux , utilisés comme biosorbants pour le traitement d'eaux chargées en métaux; et des lichens, utilisés comme bioindicateurs de pollution. * Pour les deux métaux étudiés, les AH possèdent une distribution de sites d'affinités différentes. Les ligands majoritaires sont des groupements carboxyles monodentates et des molécules d'eau, la proportion de molécules d'eau augmentant quand l'affinité du site diminue. Pour le zinc, les sites de plus faible affinité forment des complexes de sphère externe, où le métal est solvaté par 6 molécules d'eau, et lié aux groupements fonctionnels des AH par des liaisons faibles. * Les parois cellulaires du champignon Penicillium chrysogenum possèdent deux sites de complexation pour Zn et Pb: environ 90% sont des groupements phosphate, constituant les sites de plus haute affinité pour Zn, et 10% sont des groupements carboxyle, constituant les sites de plus haute affinité pour Pb. * Dans le lichen hyperaccumulateur Diploschisles muscorum, Zn et Pb sont immobilisés sous forme de sels d'oxalate. Il s'agit d'un mécanisme physiologique adaptatif, qui n'existe pas chez les espèces tolérantes: dans Cladonia subulala, le zinc est complexé par un acide organique moins fort complexant que l'oxalate, probablement le malate; dans Xanthoria parietina, le plomb est piégé de façon passive par complexation sur les macromolécules de la paroi cellulaire des filaments fongiques. L'étude de ces trois systèmes a permis d'évaluer le potentiel et les limites de la spectroscopie d'absorption X pour l'étude des systèmes organiques naturels. Elle ouvre des perspectives intéressantes dans le domaine du traitement biologique des pollutions métalliques, comme la phytoremédiation ou la bioremédiation.