I have studied persistent environmental pollutants in herring (Clupea harengus), in adult guillemot (Uria aalge) and in guillemot eggs from the Baltic Sea. The studied contaminants were organochlorines (OCs); dichlorodiphenyltrichloroethanes (DDTs), polychlorinated biphenyls (PCBs), hexachlorobenzene (HCB), hexachlorocyclohexanes (HCHs), and brominated flame retardants (BFRs); polybrominated diphenylethers (PBDEs) and hexabromocyclododecane (HBCD). The highest concentration in both species was shown by p,p′DDE with a concentration in guillemot egg (geometric mean (GM) with 95% confidence interval) of 18200 (17000 – 19600) ng/g lipid weight. The BFR with the highest concentration in guillemot egg was HBCD with a GM concentration of 140 (120 – 160) ng/g lw. To extract additional and essential information from the data, not possible to obtain using only univariate or bivariate statistics, I used multivariate data analysis techniques; principal components analysis (PCA), partial least squares regression (PLS), soft independent modelling of class analogy (SIMCA), and PLS discriminant analysis (PLS-DA). I found e.g.; that there are significant negative correlations between egg weight and the concentrations of HCB and p,p'DDE; that concentrations of OCs and BFRs in the organisms co-varied so that concentrations of OCs can be used to calculate concentrations of BFRs; and, that several contaminants (e.g. HBCD) had higher concentration in guillemot egg than in guillemot muscle, that several (e.g. BDE47) showed no concentration difference between muscle and egg and that one contaminant (BDE154) showed higher concentration in the guillemot muscles than in egg. In this thesis I developed a new method, “randomly sampled ratios” (RSR), to calculate biomagnification factors (BMFs) i.e. the ratio between the concentration of a contaminant in an organism and the concentration of the same contaminant in its food. With this new method BMFs are denoted with an estimate of variation. Contaminants that biomagnify are e.g., p,p′DDE, CB118, HCB, βHCH and all of the BFRs. Those that do not biomagnify are e.g., p,p′DDT, αHCH and CB101. Lastly, to investigate which of the contaminants descriptors (physical-chemical/other properties and characteristics) that correlates to the biomagnification of the contaminants, I modeled the contaminants’ respective BMFRSR versus ~100 descriptors and showed that ~20 descriptors in combination were important, either favoring or counteracting biomagnification between herring and guillemot.

Les travaux de cette thèse portent sur des méthodes numériques pour la discrétisation d'équations aux dérivées partielles elliptiques et paraboliques de convection-réaction-diffusion non linéaires. Nous analysons ces méthodes et nous les appliquons à la simulation effective de l'écoulement et du transport de contaminants en milieux poreux et fracturés. Au chapitre 1, nous proposons un schéma permettant une discrétisation efficace, robuste, conservative et stable des équations de convection-réaction-diffusion non linéaires paraboliques dégénérées sur des maillages non structurés en dimensions deux ou trois d'espace. Nous discrétisons le terme de diffusion, qui contient en général un tenseur de diffusion inhomogène et anisotrope, par la méthode des éléments finis non conformes ou mixtes-hybrides et les autres termes par la méthode des volumes finis. La partie essentielle du chapitre est ensuite consacrée à montrer l'existence et l'unicité d'une solution discrète et sa convergence vers une solution faible du problème continu. La méthode de démonstration permet en particulier d'éviter des hypothèses restrictives sur le maillage souvent présentes dans la littérature. Nous proposons finalement une variante de ce schéma pour des maillages qui ne se raccordent pas, couplant cette fois la méthode des volumes finis avec celle des éléments finis conformes, et nous l'appliquons à la simulation du transport de contaminants en milieux poreux. Au chapitre 2, nous présentons une démonstration constructive des inégalités de Poincaré-Friedrichs discrètes pour une classe d'approximations non conformes de l'espace de Sobolev H1, indiquons les valeurs optimales des constantes dans ces inégalités et montrons l'inégalité de Friedrichs discrète pour des domaines bornés dans une direction uniquement. Ces résultats sont importants dans l'analyse de méthodes numériques non conformes, comme les méthodes d'éléments finis non conformes ou de Galerkin discontinu. Au chapitre 3, nous montrons que la méthode des éléments finis mixtes de Raviart-Thomas de plus bas degré pour des problèmes elliptiques en dimension deux ou trois d'espace est équivalente à un schéma de volumes finis à plusieurs points. Après avoir étudié ce schéma, nous l'appliquons à la discrétisation d'équations de convection-réaction-diffusion paraboliques non linéaires. Cette approche permet de réduire le temps de calcul de la méthode des éléments finis mixtes, tout en conservant sa très grande précision, ce qui est confirmé par les tests numériques. Enfin, au chapitre 4, nous proposons une version de la méthode des éléments finis mixtes de Raviart-Thomas de plus bas degré pour la résolution de problèmes elliptiques sur un système de polygones bidimensionnels placés dans l'espace tridimensionnel, démontrons qu'elle est bien posée et étudions sa relation avec la méthode des éléments finis non conformes. Ces résultats sont finalement appliqués à la simulation de l'écoulement de l'eau souterraine dans un système de polygones représentant un réseau de fractures perturbant un massif rocheux.