Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La connexion entre milieux aquatiques et terrestres a suscité l’intérêt de la communauté scientifique, notamment l’effet du transfert d’énergie et de matière sur le fonctionnement des écosystèmes adjacents. Beaucoup d’études se sont intéressées aux apports d’insectes aquatiques ailés dans les écosystèmes naturels, mais peu à leur impact en milieu agricole. En modifiant la production secondaire d’invertébrés aquatiques, les pratiques agricoles sont à même d’intensifier ou diminuer l’effet de ces apports aquatiques dans les terres agricoles et par conséquent la fourniture de services écosystémiques utiles à l’agriculture. Nous avons collecté des données d’émergences et de dispersion d’insectes aquatiques depuis plusieurs rivières dans des paysages agricoles. Les principaux groupes d’insectes émergents sont les trichoptères (56%), chironomidés (25%) et éphéméroptères (19%). Nous estimons la biomasse sèche émergente entre 1445 et 7374 mg m-2 an-1 selon les sites. Une majorité de ces insectes aquatiques se déposent sur une bande entre 0 et 10 mètres du bord de la rivière mais une proportion importante (45%) se dépose dans les cultures après 20 mètres. Nous apportons de nouvelles et prometteuses connaissances suggérant que les insectes aquatiques participent à la fourniture de plusieurs services écosystémiques (fertilisation, contrôle biologie, épuration de l’eau et pollinisation). En paysage agricole, une communauté d’insectes riche et abondant est nécessaire à la mise en place d’un système agricole durable. Nous pensons que le rôle des insectes aquatiques est à ce titre important et suggérons de nouvelles pistes de recherches pour l’agroécologie. / The connection between aquatic and terrestrial habitats has increased scientific interest in ecological subsidies, focusing on how the transfer of matter and energy between adjacent ecosystems can modify the ecosystems functioning. Much attention has focused on aquatic subsidies associated with winged aquatic insects in pristine areas, but their implication in agricultural landscapes is rarely considered. By altering the production of benthic macroinvertebrates, agricultural practices can increase or decrease the strength of aquatic subsidies and subsequently the provision of several ecosystem services to agriculture. We have monitored the emergence and inland dispersal of adult aquatic insects from several agricultural streams. Most emerging dry mass (DM) belong to Trichoptera (56%), Chironomidae (25%) and Ephemeroptera (19%). We estimate that annual emerging dry mass of aquatic insects ranged between 1445 and 7374 mg m-2 y-1 depending on stream. The majority of aquatic insects emerging falls between 0 and 10 meters from stream hedges. However, a great proportion (45%) though disperses and eventually falls after 20 meters from the stream. We provide new and promising evidence suggesting that winged stream insects can support several ecosystem services (soil fertilization, crop pest control, water purification and pollination). In agricultural landscapes, a rich and abundant insect community is necessary to promote sustainable practices, and we believe the role of aquatic subsidies in providing ecosystem services to agriculture is a new and promising field of research in agroecology.

Cette étude utilise une méthode de préférences déclarées afin de donner une valeur économique à l’amélioration de différents attributs des milieux aquatiques du Grand Montréal. L’évaluation porte sur sept attributs liés aux écosystèmes aquatiques des sites étudiés. Il s’agit de la biodiversité, de la qualité de l’eau, du stockage du carbone, des activités récréatives, de la qualité du paysage, de la superficie restaurée et de la sensibilisation et mobilisation des populations locales. L’analyse permet de calculer la valeur monétaire qu’un ménage serait disposé à verser sous forme de don pour chaque unité d’attributs. Ces valeurs marginales sont comprises entre 0.009 $ et plus de 24 $ par ménage et par unité supplémentaire d’attribut. Ainsi, nous arrivons, sous certaines hypothèses, à déterminer les valeurs monétaires que l’ensemble des ménages québécois accordent à l’amélioration de chacun de ces biens et services écosystémiques de la Trame Bleue du Grand Montréal. Le contexte de l’étude nous permet également de contribuer à la recherche sur le biais hypothétique. Nous mettons en œuvre dans le cadre de l’enquête différents traitements qui nous permettent dans un premier temps de mettre en évidence l’existence d’un biais hypothétique positif, et dans un second temps de tester la capacité de la notion de conséquence, appliquée à un contexte hypothétique, à réduire le biais hypothétique. L’enquête de terrain nous permet de corroborer certains résultats de la littérature scientifique obtenus en laboratoire. Le biais hypothétique semble résulter d’un manque de conséquence financière et politique des études d’évaluation, mais aussi des caractéristiques individuelles des répondants. Ces caractéristiques individuelles ont un impact certain sur la manière dont les individus appréhendent les deux dimensions de la notion de conséquence. Ce dernier constat soulève la question de l’opérationnalité de la notion de conséquence pour réduire le biais hypothétique lors d’études d’évaluations économiques de biens environnementaux.

Ce document synthétise l'ensemble de mes activités de recherche depuis mon doctorat à l'Institut National Agronomique Paris-Grignon (actuellement AgroParisTech), obtenu en 2001, jusqu'à mes travaux les plus récents et en cours effectués au Laboratoire Environnement Eau et Systèmes Urbains (LEESU) où je suis maître de conférences depuis mon recrutement en 2002. Le LEESU est un laboratoire commun à l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC), l'Ecole des Ponts Paris Tech, l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEMLV) et AgroParisTech. L'ensemble de mes recherches s'inscrit dans un contexte scientifique cohérent puisque mes activités ont toujours traité de la biogéochimie des éléments traces métalliques dans l'environnement. J'ai abordé la problématique des métaux dans les sols pollués durant mon travail de doctorat. Depuis mon recrutement au LEESU, je travaille sur les métaux dans les systèmes aquatiques et, notamment, leurs sources et leur spéciation dans le milieu récepteur. Ce manuscrit comporte classiquement trois parties. En premier lieu, je décris le contexte scientifique correspondant à mes thèmes de recherche. Dans un second temps, j'expose mes différentes activités et les principaux résultats obtenus. Pour finir, je présente mes perspectives de recherche pour les années qui viennent.

Th. doct.-ing.--Écol.--Rennes 1, 1985. N°: 192.

La finalité de l’étude est d’explorer la gestion des écosystèmes aquatiques d’Europe et d’Afrique à travers le prisme de l’approche systémique. Cette approche est fondée sur la recherche de solutions générales et globales aux problèmes y afférents, sans sacrifier les particularités et spécificités propres à chaque écosystème. A la différence d’une gestion cloisonnée, fragmentée et sectorielle, l’intérêt d’une gestion globale et intégrée des ressources en eau rares, est de permettre une meilleure rationalisation de cette gestion, par la prise en compte de l’ensemble des contraintes et des opportunités y relatives, de façon qu’elle soit plus pertinente et soutenable. Dans cette optique, la comparaison entre les systèmes européens, globalement plus avancés et les systèmes africains, vise, d’une part, à souligner que quelque soit le système considéré, les problèmes sont quasiment les mêmes et que l’approche globale et intégrée reste le meilleur gage d’efficacité et d’efficience en vue de les résorber ; d’autre part, à montrer que ces systèmes peuvent être mutuellement bénéfiques, notamment en termes d’échanges de bons procédés ou de bonnes pratiques.On entend par écosystème aquatique, l’ensemble des eaux douces de toutes origines, superficielles, souterraines ou autres. Ces écosystèmes aquatiques entretiennent des interactions avec la terre, la mer et d’autres éléments de l’environnement global, qu’il importe de bien maîtriser, pour sacrifier aux exigences d’une gestion globale pertinente et intégrée desdits écosystèmes. / This study attempts to examine the management of freshwater resources in Africa and Europe, from an ecosystemic view point, and aims at global and appropriate solutions to problems, without neglecting local or regional specificities. Contrary to territorial and sector approaches, integrated water resource management is a better way to ensure a sustainable management of freshwater resources, taking into consideration all problems and opportunities pertaining thereto. In this regard, the first interest of comparing advanced European systems with African systems is to bring up global problems, in spite of regional or continental peculiarities, and to stress on the global and integrated approach as the best way of solving them effectively. The second interest is to show that managing these systems can be mutually beneficial if their respective advantages and weaknesses are considered.Freshwater resources comprise superficial or deep water of various origins, and interact with elements of the global environment (earth, sea). Their mastery is of utmost importance as it will permit the global, adequate and integrated management of such ecosystems.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit porte sur la caractérisation de l’exposition des organismes aquatiques à un produit pharmaceutique (PP) et sur l’étude des perturbations métaboliques associées. Un PP récemment inclus dans la liste de vigilance de la directive cadre sur l’eau européenne (2015/495/EC), le DCF, et un organisme du milieu marin, Mytilus galloprovincialis, ont été choisis comme modèles de travail. L’approche méthodologique développée est une combinaison de l’analyse ciblée et non-ciblée des métabolites endogènes et exogènes (l’endo- et le xéno-métabolome) présents chez l’organisme d’étude suite à une exposition au DCF. L’évaluation des effets du DCF chez la moule par approche ciblée a été conduite sur la base de son mode d’action connu chez l’Homme : la modulation de la synthèse des prostaglandines (PG). Les PGs sont impliquées dans diverses fonctions, telles que la reproduction et l’osmorégulation chez les organismes aquatiques, et d’autres voies métaboliques sont susceptibles d’être impactées. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une sous-modulation de la synthèse de la PGE2 chez les moules exposées au DCF. Par ailleurs, peu d’informations sont disponibles concernant la métabolisation du DCF chez les invertébrés. Pour étudier la biotransformation et les effets du DCF chez la moule, l’application d’une approche non-ciblée nous semblait prometteuse. L’étude du xéno-métabolome m’a permis de mettre en évidence la formation de 13 métabolites, dont 3 de phase I et 10 de phase II. Parmi ces métabolites, 5 sont référencés pour la première fois dans la littérature. Par la suite, l’étude de l’endo-métabolome a permis de révéler la modulation de deux voies métaboliques : le métabolisme de la tyrosine et le métabolisme du tryptophane. Les catécholamines et la sérotonine ressortent comme particulièrement impactées dans ces deux voies métaboliques. Chez la moule, ces métabolites sont impliqués dans des fonctions biologiques importantes : l’osmorégulation et la reproduction et sont en accord avec les études menées chez d’autres organismes aquatiques. Le travail effectué a permis de mettre en évidence que l’application de l’approche métabolomique à des questions environnementales est pertinente et performante pour étudier la biotransformation et les effets non-documentés (différent du mécanisme d’action connu) d’un produit pharmaceutique chez des organismes non-cibles, sans hypothèse a priori. / This PhD thesis describes an investigation of the metabolomic approach performances to characterize the pharmaceuticals environmental exposure and effects in non target organisms. The studied pharmaceutical was diclofenac (DCF), a non-steroidal anti-inflammatory drug recently included in the first watch list of the European Water Framework Directive (2015/495/EC), and the model organism was the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis. The methodological approach combines target and non-targeted analysis of endogenous and exogenous metabolites in mussel, the endo- and the xeno-metabolome. DCF effects in mussel were investigated considering its known mode of action in human: the prostaglandins (PG) synthesis modulation. In aquatic organisms, PGs are involved in various biological functions, such as reproduction or osmoregulation. This targeted analysis allowed us to determine a PGE2 synthesis disruption with DCF exposure. Otherwise, little information is available about DCF biotransformation in invertebrates. To study DCF biotransformation in mussel, the application of a non-targeted approach seemed promising. This study allows the reveal 13 DCF metabolites formation of which 3 were phase I metabolites and 10 were phase II metabolites. Among them, 5 were described for the first time. Subsequently, the mussel’s endo-metabolome study showed the modulation of two pathways: the tyrosine and the tryptophan metabolism. Inside these pathways, the catecholamines and serotonin appeared as particularly impacted. In mussels, these compounds are involved in important biological functions: the osmoregulation and the reproduction. Such DCF effects are in accordance with those reported in other study conducted on aquatic organisms. The work conducted highlighted the relevance and pertinence of the metabolomic approach as a tool for environmental studies without a priori hypothesis, such as studying the biotransformation and unexpected effects of pharmaceuticals in non-target organisms.

La gestion de l’eau douce est un problème majeur partout dans le monde. Les activités anthropiques liées à l’industrie, à l’agriculture et à l’implantation humaine sont les principales sources de pollutions de l’eau. Afin mettre en place des politique de prévention de la pollution, de réhabilitation des environnements aquatiques ou de recyclage des eaux usées, il est nécessaire d’acquérir des données massives sur la qualité de l’eau. Or, les méthodes actuelles de suivi des contaminants présentent des coûts élevés et de faibles débits de mesure du fait de leur incompatibilité avec un déploiement sur le terrain. Ces deux freins majeurs ne permettent pas de suivre les concentrations en polluant et notamment en métaux lourds dans les milieux aquatiques à des échelles spatiales et temporelles pertinentes. Plusieurs organisations internationales, dont l’ONU, ont de ce fait recommandé le développement de nouvelles méthodes analytiques plus performantes. Nous proposons ici une technique de mesure des contaminants métalliques lourds basée sur la diffusion Raman exaltée de surface (SERS). Le SERS présente de nombreux avantages pour l’analyse environnementale dont la sensibilité, la spécificité,la rapidité de mesure, l’adaptabilité aux matrices complexes ainsi que le coût modéré d’un instrument portable. Nous détaillerons donc la construction de la sonde SERS dédiée à la quantification de l’ion métallique lourd cible Zn2+, ainsi que les traitements de données nécessaire à l’établissement d’une quantification. Puis, nous examinerons la robustesse de la méthode de quantification vis-à-vis des sources de variabilités qui seront inévitablement rencontrées dans les eaux naturelles. / Freshwater management is a major problem all over the world. Anthropogenic activities related to industry, agriculture and human settlements are the main sources of water pollution. In order to makes policies for pollution prevention, rehabilitation of aquatic environments or waste water recycling, it is necessary to acquire massive data on water quality. Current contaminant monitoring methods have high costs and low frequency of measurement due to the incompatibility with field deployment. These two major brakes do not make it possible to monitor pollutant and especially heavy metal concentrations in aquatic environments at relevant spatial and temporal scales. Several international organizations, including the United Nations, have therefore recommended the development of new and better analytical methods.We propose here a technique for measuring heavy metal contaminants based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), which would allow a large scale deployment in the field.SERS has many advantages for environmental analysis including sensitivity, specificity, speed of measurement, adaptability to complex matrix and the moderate cost of portable instrument. We will therefore detail the construction of the SERS probe dedicated to the quantification of the target heavy metal ion Zn2+, which is a geochemical marker of anthropogenic contamination, as well as the data processing necessary for the establishment of quantification. Then, we will examine the robustness of the method of quantification with respect to the sources of variability that will inevitably be encountered in natural waters, when used directly in the field

Mémoire numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.