Les paramètres comportementaux sont de plus en plus considérés comme étant des indicateurs sensibles et précoces de toxicité chez les organismes aquatiques. Cependant, l’utilisation du comportement natatoire comme critère de toxicité pour l’analyse de risque environnemental ou pour le contrôle de la qualité de l’eau reste pour l’heure encore limitée. En effet, il est actuellement difficile de quantifier la sensibilité des paramètres comportementaux et d’établir un lien entre les seuils d’effets comportementaux et les effets aigus et subaigus classiquement mesurés dans les tests en écotoxicologie. Dans le but d’améliorer notre compréhension des effets comportementaux des polluants sur Daphnia magna, nous avons développé un nouveau système de mesure du comportement multi-cuves baptisé «Multi-DaphTrack ». Douze substances toxiques, couvrant une large gamme de modes d’action différents ont été testées dans ce système. Un test standard d’immobilisation ainsi que des analyses de comportement dans le toximètre DaphToxI®, ont également été effectués pour chaque substance afin de comparer les seuilsd’effets comportementaux avec les paramètres classiques d’immobilisation. Les résultats des expositions aux différentes substances ont démontré que notre nouveau système d’exposition multi-cuves permet de détecter des effets comportementaux (i.e.,augmentation de la vitesse de nage) significatifs et précoces pour l’ensemble des substances testées et ce, à des concentrations proches de la CE10(48 h) du test aigu d’immobilisation dès la première heure d’exposition. Des profils comportementaux différents ont été observés selon les substances testées (i.e., intensité, temps de latence et durée de l’effet) mais ceux-ci ne sont pas spécifiques d’un mode d’action particulier. Les résultats obtenus avec le toximètre DaphToxI®ont révélé des profils d’effet similaires (i.e.,augmentation de la vitesse de nage) bien que ce système soit globalement moins sensible par rapport au système «Multi-DaphTrack». Pour conclure, notre nouveau système d’exposition multi-cuves «Multi-DaphTrack» est un outil plus sensible et précoce que letest standard d’immobilisation pour l’évaluation de la toxicité de substances chimiques. L’utilisation du système «Multi-DaphTrack» pourrait donc être envisagée, après quelques améliorations et validation supplémentaires, pour l’évaluation de la qualité des masses d’eauet des effluents. / Swimming behavior is increasingly reported as a sensitive and early indicator of toxicant stress in aquatic organisms. However, it remains unclear how to quantify the sensitivity of swimming behavioral endpoints and how to compare these effect thresholds with standard ecotoxicological endpoints used in risk assessment. To date, the systematic assessment of the sensitivity of swimming behavioral endpoints in daphnia is limited because of the restrained test capacity of existing behavioral analysis systems. Hence, we developed a new behavioral analysis multi-cellsystemnamed “Multi-DaphTrack” with a high throughput testing capacity in order to enhance our understanding of swimming behavioral effects in Daphnia magnaunder chemical exposure. Twelve compounds covering different modes oftoxic action were selected and tested in this new system andin a single-cell commercialized biomonitor (DaphToxI®) and with the acute standard test.Our new multi-cellexposure system detectedsignificant and early swimming behavioral effects (i.e.,increase of the average speed) for most of the tested compounds and this, from the first hour of exposure at concentrations near the EC10(48h). Contrastedbehavioral profiles were observed for average speed (i.e., intensity, time of effect onset, effect duration), but no distinct behavioral profiles could be drawn from the chemical mode of action. Despite less sensitive,the DaphToxI®gave similar trends (i.e.,rapid peak increase) compared to our “Multi-DaphTrack” system. To conclude, behavior analysis using our “Multi-DaphTrack”systemcould be used as an alternative or complement to the current acute standard test for toxicity assessment of chemicals. With some additional improvements and validations, it also could be used forquality assessment of waterbodiesand sewages.

Le développement des nanotechnologies, tout en promettant des progrès remarquables, notamment dans le domaine biomédical, soulève de nombreuses questions : en particulier quel est comportement de ces nano-objets en milieu biologique ? La silice a une place particulière parmi ces matériaux puisqu'elle est utilisée dans des produits cosmétiques, posant ainsi la question de l'exposition cutanée, et étudiée pour développer des vecteurs de libération intracellulaire. Cette étude a pour but d'apporter des éléments de réponses sur le comportement de différentes nanoparticules de silice en milieu biologique, à travers le suivi des phénomènes suivants : agrégation et dissolution en milieu biologique, internalisation dans des cellules en culture 2D ou 3D, toxicité et devenir intracellulaire des particules. Pour se placer dans le contexte d'une exposition cutanée, l'étude a été menée sur des cellules humaines du derme, en exposition directe ou immobilisées dans un matériau modèle du derme à travers lequel les nanoparticules diffusent. On constate ainsi que la cinétique de dissolution des particules en milieu biologique est fonction de leur taille, l'internalisation est influencée par le diamètre et la composition des particules, les effets toxiques sont liés au nombre de particules plutôt qu'à la concentration massique, et enfin la dissolution intracellulaire peut être modulée par la taille et l'insertion de fonctions disulfures et permettre la libération de molécules encapsulées dans les particules. Il apparaît donc que les caractéristiques des nanoparticules (taille, charge de surface et composition) influencent leur comportement en milieu biologique et en présence de cellules

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cas d'un projet européen nommé " microfluiD ". Ce projet vise principalement la détection des polluants organiques par voie microfluidique (les micotoxines dans les aliments de bétail, les bactéries et les métaux lourds). Devant les dangers écologiques des ions Pb2+, Hg2+ et Cd2+ dans l'environnement, il est important de multiplier le nombre d'analyses dans les eaux du robinet. L'utilisation de la fluorescence et des microlasers organiques présente de nombreux avantages. Outre leur faible coût, leur sensibilité ainsi que leur sélectivité, il est possible de concevoir à partir de ces techniques des dispositifs transportables sur le terrain. Deux approches sont principalement développées : Une première est basée sur la fluorescence - elle a consisté à synthétiser des ligands fluorescents de type DPPS-PEG et CalixDANS-3-OH pour la détection du mercure et du plomb. Les études de la complexation des ions Hg2+, Pb2+ ont d'abord été effectuées en solution. La complexation de Cd2+ en circuit microfluidique à partir du composé commercial Rhod-5N a aussi été étudiée. Des résultats très prometteurs ont été obtenus pour la détection de Hg2+ par DPPS-PEG. Nous avons aussi étudié la possibilité de détecter Pb2+ à partir du CalixDANS-3-OH greffé sur les parois du circuit microfluidique. Malgré une dégradation de la sonde, nous avons réussi à détecter une faible concentration de plomb. Une très bonne sélectivité vis-à-vis des cations interférents testés a été obtenue. La seconde approche est basée sur la détection par microlasers. Nous avons synthétisé deux copolymères blocs pour la détection du plomb et du mercure. Des problèmes de solubilité nous empêchant de fabriquer des microcavités organiques à partir de ces polymères, une deuxième stratégie consistant à greffer les ligands spécifiques de Pb2+ et de Hg2+ sur les microcavités laser PMMA a été développée. Cette dernière nous a permis d'apporter une preuve de principe pour de la détection du mercure en fonctionnalisant le mercaptopropyltriéthoxysilane à la surface du PMMA. Ce travail nous a aussi amené à synthétiser des colorants laser à base de Bodipy pour la fabrication des microcavités lasers par polymérisation à deux photons (2PP).

Certains médicaments en se métabolisant dans le corps forment des métabolites dits « réactifs » (MR) qui peuvent entraîner une toxicité en se liant de manière covalente à des protéines pour former des adduits. Notre étude se concentre sur l'analyse d'adduits formés à partir d'une protéine sanguine : la sérum albumine humaine. En particulier, les adduits formés au niveau du site actif de l'albumine situé sur la cystéine en position 34. L'objectif principal de ce travail était de mettre en place une méthode d'analyse en chromatographie liquide haute performance (HPLC) couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) permettant la détection et la caractérisation des adduits peptidiques issus de la sérum albumine modifiée. Le travail a consisté tout d'abord à valider par des réactions in vitro la formation d'adduit issus de médicaments connus pour former des MR avec un antioxydant naturel : le glutathion (GSH). En parallèle, en mimant le site actif de la sérum albumine humaine avec un peptide synthétique, le QQCPF, le profil de fragmentation en LC-MS/MS des adduits formés avec le QQCPF ont été comparé avec ceux obtenus par le GSH et ont permis de le valider comme agent de trappage. Pour de futures réactions in vivo, l'identification des adduits d'albumines en LC-MS implique une étape de digestion de l'albumine en peptides, le protocole de digestion de l'albumine en comparant plusieurs enzymes a été optimisé pour l'analyse en LC-MS des peptides digérés comportant la cystéine 34. Par ailleurs, une méthode de quantification de ce peptide modifié a été mise en place par l'introduction d'un étalon interne provenant d'une autre espèce d'albumine, l'albumine de rat. Le but ultime est que la sérum albumine soit utilisée comme biomarqueur sanguin de toxicité en utilisant cette méthodologie qui permettra avec un prélèvement sanguin d'identifier à partir de la sérum albumine humaine modifiée, la toxicité du médicament ingéré et ainsi améliorer la prévention de risque du médicament. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sérum albumine, métabolite réactif, adduits, liaison covalente, spectrométrie de masse, fragmentation, séquençage, chromatographie liquide.

Introduction : La présence des moisissures et de leurs mycotoxines dans les matrices complexes de papiers est peu étudiée. Notre travail a porté sur la recherche de mycotoxines sur les papiers patrimoniaux altérés par le foxing et les papiers peints moisis issus de logements dont les habitants ont été diagnostiqués comme porteurs de symptômes allergiques et du syndrome des bâtiments malsains. Objectifs : Identifier les espèces fongiques de ces deux types de supports papiers et y déterminer la production de métabolites fongiques. Matériels et Méthodes : Le foxing a été caractérisé par des techniques pluridisciplinaires (physiques, biologiques, bioanalytiques, tests de cytotoxicité). Les métabolites fongiques dans les extraits hydro-organiques de ces papiers ont été recherchés et identifiés par spectrométrie de masse afin d'évaluer s'ils pouvaient être reliés aux espèces fongiques détectées par microbiologie. Puis le risque toxique de ces extraits de papiers a été évalué sur un modèle cellulaire in vitro. Résultats : Pour le foxing, nous avons pu en exclure une origine métallique et montrer que les micro-organismes présents dans celui-ci sont essentiellement des espèces fongiques. Pour les papiers peints, des pics relatifs à des métabolites fongiques ont été retrouvés. Grâce à l'ensemencement individuel d'espèces fongiques sur papier peint et à l'aide de la MS2, nous avons pu relier les composés de m/z 401 et 487 à S. chartarum. Les tests de cytoxicité ont montré une augmentation significative de la cytotoxicité des cellules A549 avec certains papiers peints moisis par rapport au papier peint témoin. Les cellules A549 ont montré une surexpression du TNF-α, de l'IL-8 et du CYP 1A1, après contact avec ces mêmes papiers peints. Discussion-Conclusion : Nous n'avons détecté aucune mycotoxine dans le foxing excluant ainsi d'éventuels liens entre inhalation de mycotoxines émanant de vieux manuscrits et symptomatologie respiratoire. Pour les habitants des logements et leurs symptômes respiratoires, il est difficile de les relier à une espèce fongique donnée ou à un métabolite donné, bien que S. chartarum ait pu être mis en cause. Ces premiers résultats doivent être confirmés par des études ultérieures

L'objectif de ce travail de thèse est de développer de nouveaux agents tensioactifs, capables de s'auto-assembler sous forme de micelles permettant de solubiliser les principes actifs insolubles, en vue de leur administration par voie intraveineuse. Cette étude a permis la synthèse, la caractérisation physico-chimique ainsi que l'évaluation toxicologique in vitro et in vivo de nouveaux agents tensioactifs d'origine naturelle. Au cours de cette étude, différentes familles de tensioactifs ont été évaluées. Ces nouveaux agents tensioactifs sont composés d'une partie hydrophobe de type cholestérol, sels biliaires ou lipides, associée via une fonction amide à une partie hydrophile dérivée d'acides aminés tels que la lysine, la glutamine ou l'acide glutamique.Ces travaux expérimentaux ont permis d'étudier l'influence de la flexibilité de la partie hydrophobe sur la capacité de solubilisation des tensioactifs. Cette étude a montré que l'efficacité de solubilisation est reliée à la flexibilité de la partie hydrophobe. L'utilisation d'agents tensioactifs composés d'une chaîne lipidique saturée flexible a permis de solubiliser efficacement le principe actif insoluble avec un taux de charge de 46 % (m/m). Les tensioactifs composés de lipides saturés sont donc plus efficaces en termes de solubilisation que les dérivés de stéroïdes ou de lipides polyinsaturés, moins flexibles. Les études de toxicité ont mis en évidence la relation ente la structure chimique des tensioactifs et leur toxicité, en particulier vis-à-vis des membranes cellulaires. L'introduction de doubles liaisons en configuration cis dans la partie lipidique des tensioactifs permet de diminuer leur interaction avec les membranes cellulaires et donc leur toxicité mais diminue également leur capacité de solubilisation. Le développement de nouveaux agents tensioactifs nécessite donc de trouver un compromis entre la capacité de solubilisation et la toxicité des tensioactifs.

Parmi les stratégies visant à réduire l'utilisation de pesticides, l'augmentation de l'efficacité des matières actives par du design de formulations ou par l'utilisation de cocktails de pesticides, épandus chacun à plus faible dosage, est une piste très suivie. Cependant, l'influence de mélanges de molécules sur le devenir, le comportement et la toxicité de chacune d'elle individuellement n'a été que rarement décrite. Nous avons donc étudié l'impact des formulations et du mélange d'un herbicide, la mésotrione, et d'un fongicide, le tébuconazole, sur leur biodégradation respective, en termes de cinétiques et de modulations de voies métaboliques de dégradation, mais aussi sur la croissance de différents microorganismes dégradant ou non. Un schéma général de biodégradation de la mésotrione commun à de nombreux microorganismes, Gram positif et négatif, a été proposé conduisant, dans nos conditions, à l'accumulation d'un métabolite, l'AMBA. L'étude comparée avec la formulation (Callisto®) a montré une forte influence des adjuvants sur la cinétique de biodégradation de la mésotrione, allant d'une forte inhibition pour les souches Gram positif testées jusqu'à une stimulation pour une souche d'E. coli. Pour le tébuconazole, seules 3 souches se sont montrées capables de dissiper ce fongicide et de nouveaux métabolites ont pu être mis en évidence. L'utilisation de la formulation (Balmora®) conduit à des effets variables sur sa biodégradation en fonction de la souche et de la concentration. Cependant, les adjuvants présentent toujours un effet inhibiteur, souvent même fort, sur la croissance des microorganismes testés, en particulier sur les souches bactériennes Gram positif, qui se sont toujours révélées plus sensibles. Les études sur le mélange de ces deux pesticides, purs ou formulés ont mis en évidence la complexité des phénomènes : effets inhibiteurs, neutres et souvent stimulation des cinétiques de biodégradation de chaque pesticide que le microorganisme testé dégrade ou non le composé en question ; effet synergique du mélange de pesticides, purs ou formulé, sur la toxicité.

L'objectif de cette thèse est d'utiliser MEMRI (manganese-enhanced magnetic resonance imaging) pour étudier le traitement d'odeurs signifiantes dans le cortex olfactif primaire de rats dans les conditions les plus proches de la perception naturelle. MEMRI est une méthode fondée sur la détection d'un agent de contraste fonctionnel et rémanent de l'activité neuronale, le manganèse, qui a prouvé son efficacité pour montrer le traitement différencié d'odeurs dans le bulbe olfactif chez l'animal vigile. Cependant, cette technique a été surtout utilisée pour tracer les voies neuronales, mais relativement peu pour explorer des fonctions sensorielles. C'est pourquoi nous avons conduit deux études visant l'une à définir les conditions d'application du manganèse et l'autre à optimiser le traitement des images MEMRI, avant d'aborder la question biologique proprement dite. S'appuyant sur ces développement méthodologiques, nous avons ensuite utilisé MEMRI pour étudier les variations du traitement d'odeurs signifiantes (odeurs de nourriture et de prédateur comparées à une situation de contrôle) dans le cortex olfactif primaire de rats. Nous avons montré que le traitement cérébral d'une odeur de prédateur est différent de celui de la situation de contrôle dans le cortex olfactif primaire. Nous avons confirmé ce résultat par immunomarquage Fos dans le cortex piriforme. Mis ensemble, les résultats de MEMRI et Fos suggèrent que le traitement cérébral d'une odeur peut varier en terme de taille de populations de neurone recrutés ainsi qu'en termes d'intensité de l'activation de ces neurones. Enfin, les résultats MEMRI montrent qu'un message olfactif crucial, pour la survie, est traité asymétriquement dans le cerveau. Les avancées méthodologiques et scientifiques qu'apporte cette thèse ouvrent la voie à une meilleure compréhension du traitement cérébral des odeurs.

La première partie de ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la dépollution des eaux contaminées par les polluants organiques persistants et plus en particulier par les résidus pharmaceutiques. Des techniques alternatives telles que les procédés d'oxydation avancée (POA) qui utilisent comme agent oxydant les radicaux OH, ont été appliquées à la dégradation et/ou à la minéralisation d'un polluant médicamenteux, l'Ibuprofène, en milieu aqueux. Il a été choisi comme molécule modèle en raison de son grand volume de prescription et de sa présence prouvée dans les effluents des stations d'épuration et dans les eaux naturelles. Notre étude a consisté notamment à la recherche d'optimisation des paramètres opératoires tels que la concentration de H2O2 et de Fe2+ ainsi que leur rapport pour générer les radicaux hydroxyles par le procédé photo-Fenton, et la concentration (et nature) de l'électrolyte de support et l'intensité du courant appliqué pour les procédés électrochimiques électro-Fenton et oxydation anodique. En outre, l'évolution de la toxicité de cette molécule a été suivie par la méthode Microtox au cours du traitement par le procédé d'oxydation anodique. La cinétique d'oxydation et de minéralisation de l'ibuprofène a été étudiée. La constante de réaction d'oxydation de l'ibuprofène avec les radicaux hydroxyles a été déterminée par la méthode de cinétique de compétition comme 3,84 109 M-1 s-1. Nos résultats montrent que l'application de ces procédés est efficace pour éliminer ce produit pharmaceutique de l'eau. On atteint la dégradation complète du polluant, et une minéralisation quasi-totale de la matière organique. La deuxième partie englobe une étude expérimentale sur les propriétés physiques (à différentes échelles) et le comportement mécanique des Basaltes. On a étudié le comportement mécanique et les modes de rupture d'un basalte poreux des Açores. Les résultats sont obtenus lors d'essais en contrainte triaxiale, en conditions totalement drainées et à température ambiante. Ce basalte présente deux modes de déformation. À faible pression de confinement, les échantillons présentent un comportement mécanique fragile et une déformation localisée (bande de cisaillement). Pour des pressions de confinement plus élevées, le basalte présente un comportement ductile et des compactions localisées (bandes de compaction). Les données mécaniques ont permis de déterminer l'enveloppe complète du domaine élastique. La quantification des propriétés physiques de deux types de basaltes des Galápagos a été effectuée à pression et température ambiante. Dans le but d'étudier l'effet de la fissuration sur les propriétés physiques, les échantillons on été soumis à des traitements thermiques. Enfin, pour étudier la réponse de la roche aux conditions de pression auxquelles elle est soumise en profondeur, des mesures de vitesses des ondes sous pression ont été acquises. Les résultats obtenus et l'utilisation de modèles théoriques ont permis de quantifier la densité de fissures initiales et de celles induites par les traitements thermiques, ainsi que le facteur de forme de celles-ci. L'ensemble des propriétés physiques ont permis de mieux comprendre le rôle du réseau poreux de la roche sur les propriétés physiques. Cette étude de laboratoire a été nécessaire pour l'interprétation des données recueillies in situ par sismique réfraction

Les nanoparticules de dioxyde de titane sont aujourd’hui utilisées dans denombreux domaines. Elles entrent notamment dans la constitution de produits d’usagecourant comme les peintures ou certains produits cosmétiques (crèmes solaires). La taillenanométrique leur confère une réactivité accrue ce qui soulève des inquiétudes sur leurpossible toxicité. Des nanoparticules de morphologies contrôlées ont été synthétisées etcaractérisées. Elles ont ensuite été introduites dans le milieu de cellules humaines enculture afin d’observer les interactions in vitro et identifier les raisons de cette toxicité.L’étude a ensuite été étendue à l’in vivo avec un organisme pluricellulaire : le nématodeCaenorhabditis elegans (C. elegans).Les recherches ont été focalisées sur la détection, la localisation et la quantification desnanoparticules à l’échelle de la cellule unique puis dans les nématodes. Les différentesnanoparticules synthétisées ont permis d’identifier les propriétés physico-chimiquessusceptibles d’influer sur la toxicité. Les techniques d’analyse par faisceau d’ions ont permisde visualiser voire même de quantifier ces nano-objets à l’échelle de la cellule unique. / Titanium dioxide nanoparticles are nowadays used in numerous domains. Theyenter in particular in the constitution of every day’s products such as paints or cosmetics(sun screen). The nanometer scale gives them a high reactivity which raises worries abouttheir possible toxicity. Nanoparticles with controlled morphologies were synthesized andcharacterized. They were then introduced in the medium of human cells in cultivation inorder to observe in vitro interactions and identify the reasons of this toxicity. The study wasthen extended to in vivo with a multi-cellular specimen: the nematode Caenorhabditiselegans (C. elegans).Researches have been focalized on detection, tracking and quantification of nanoparticles atthe scale of single-cells and then in nematodes. The different kinds of synthesizednanoparticles allowed identifying the physico-chemical properties involved in their toxicity.Ion beam analyses were conducted in order to visualize and in some case quantify thisnano-objects at the single cell-scale.