Aujourd'hui, la gestion du risque en milieu profesionnel ainsi que l'évaluation de l'exposition aux polluants, tels que les Composés Organiques Volatils (COV) présents dans l'air deviennent une nécessité tant la qualité de l'air des lieux de travail peut être à l'origine de problèmes de santé ou de maladies professionnelles reconnues. Dans le but de répondre à ces exigences de sécurité, l'Université Claude Bernard Lyon 1 a institutionnalisé et développé une Cellule Analyse Hygiène Sécurité et Environnement en lien direct avec le service SHS préexistant. Cette cellule est chargée de la mise en place d'une méthodologie de surveillance de la qualité de l'air intérieur de l'ensemble des locaux de l'université (14 sites, environ 80 laboratoires) en accord avec le code du travail et de l'environnement. Afin de pouvoir assurer l'ensemble des analyses inhérentes aux lieux de travail, le SHS a défini 45 composés comme prioritaires ajoutés à la liste du SHS et portent à 93 le nombre de COV identifiés et quantifiés. La méthode de séparation et d'identification mise en place permet d'atteindre des limites de quantification largement inférieures aux VLCT et VLEP 8 heures fixées par la législation. Des campagnes de prélèvement ont pu ainsi être organisées en collaboration avec le SHS et être lancées au sein de l'université

Les biocapteurs sont des moyens d'analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux applicables à des domaines extrêmement variés (environnement, santé, agroalimentaire,...). Dans ce type d'outil, un élément sensible de nature biologique (anticorps, enzyme, microorganisme, ADN...) doté d'un pouvoir de reconnaissance pour un analyte ou un groupe d'analytes est associé à un transducteur pouvant être de type électrochimique, optique ou thermique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de trois biocapteurs utilisant des enzymes de la famille des oxydo-réductases (alcool oxydase, lactate oxydase et formaldéhyde déshydrogénase) pour la détection d'analytes d'intérêt dans le domaine de l'agroalimentaire ou de l'environnement (alcools, lactate et formaldéhyde). Les trois enzymes ont été immobilisées sur des microélectrodes interdigitées en or en vue d'une détection conductimétrique. Nous avons cherché à mieux comprendre le fonctionnement des biocapteurs et optimisé le procédé d'immobilisation des enzymes ainsi que différents paramètres de fabrication ou de mesure afin de maximiser les performances analytiques des outils développés (sélectivité, limite de détection, reproductibilité, stabilité). Nous avons également démontré les potentialités d'application des deux biocapteurs conductimétriques à base de lactate oxydase et de formaldéhyde déshydrogénase pour la détection du lactate dans les produits laitiers et du formaldéhyde dans les eaux.

Ce manuscrit expose le développement de méthodes bidimensionnelles en ligne pour l'analyse de composés chargés en couplage avec la spectrométrie de masse. Le contexte de l'étude et les principes théoriques de la chromatographie en phase liquide unidimensionnelle et bidimensionnelle sont tout d'abord présentés. Les conditions expérimentales telles que l'instrumentation, les colonnes, les composés étudiés sont détaillés. Des études unidimensionnelles ont été effectuées afin de connaître le comportement cinétique des petites molécules ionisables et des peptides selon la phase mobile et la température. L'orthogonalité de systèmes chromatographiques et les capacités de pics générées ont ensuite été étudiés afin de connaître les conditions expérimentales les plus intéressantes pour l'analyse des composés chargés. Les comparaisons de systèmes ont été effectuées avec de nouveaux descripteurs d'orthogonalité et de capacité de pic effective qui ont été établit. Les systèmes bidimensionnels LCxLC ont ensuite été mis en place. L'utilité d'un split pour réduire le volume injecté en seconde dimension est envisagée. Des limites en termes de volume injecté dans la seconde dimension ont été définies en RPLC et en HILIC. Des mélanges de peptides ont été séparés par RPLCxRPLC(-MS), RPLCxHILIC(-MS) et HILICxRPLC. Le couplage avec la spectrométrie de masse est optimisé. L'intérêt des séparations bidimensionnelles est mis en évidence par rapport à des séparations LC-MS classiques

Une nouvelle technique de dépôt de phases stationnaires solides pour la fabrication de micro colonnes de chromatographie en phase gazeuse a été proposée : pour dépasser les limites des phases stationnaires liquides conventionnelles (ou occasionnellement solides) en termes de rétention des composés très volatiles et/ou de fabrication par lots en salle blanche, une approche consistant en le dépôt direct de l'adsorbant sur le substrat par pulvérisation cathodique a été mise en œuvre. La méthode est par nature compatible avec le procédé de fabrication en salle blanche et industrialisable, et a montré de bons résultats en termes de précision. La séparation d'hydrocarbures volatiles a été rendue possible sur silice, alumine, graphite et magnésie. Différents types de colonnes (structure, phase stationnaire) ont été fabriquées sous la forme de puces en silicium de 2x2 cm², et leurs caractérisations thermodynamique et cinétique ont été réalisées. Des efficacités très satisfaisantes ont été obtenues (plus de 5700 plateaux, des hauteurs de plateau de 250 µm). La possibilité d'utiliser des colonnes à phase stationnaire déposée par pulvérisation cathodique pour l'analyse automatisée en temps réel d'hydrocarbures légers sur site pétrolier a été démontrée par l'implémentation d'un système de programmation en température de la puce et divers tests d'adaptabilité (haute température, gaz vecteur, humidité) : une séparation complète des alcanes linéaires C1-C9 en moins de 15 secondes a été obtenue, ainsi que des séparations de mélanges plus complexes (isomères, insaturés). Une application industrielle confidentielle a été brevetée et développée.

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement en oxydation de l'acier inoxydable austénitique 304L dans des conditions représentatives du fonctionnement de l'usine de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé, c'est-à-dire en milieu acide nitrique concentré. Dans ces conditions, le potentiel électrochimique de l'acier est dans le domaine passif, où sa corrosion est faible. Ce matériau trouve les limites à son utilisation lorsque les conditions deviennent plus oxydantes (concentration et température élevées par exemple). Le potentiel peut alors être porté dans le domaine transpassif. La caractérisation de la passivité et de la rupture de passivité dans le domaine transpassif est donc un enjeu industriel majeur.Ce travail est réalisé dans des conditions représentatives des conditions industrielles. L'acier étudié est un acier austénitique inoxydable 304L issu d'une coulée industrielle. Le milieu d'étude est l'acide nitrique concentré et chaud. Des durées de corrosion relativement longues sont choisies.Pour commencer, la chimie et la morphologie de la surface de l'acier est caractérisée, après une longue durée d'immersion, par des techniques d'analyse complémentaires. Puis, l'oxydation de l'acier est étudiée à un potentiel du domaine passif et à un potentiel du domaine transpassif. En particulier, l'oxydation est caractérisée en fonction du temps par la perte de masse et les propriétés de la surface. Enfin, l'oxydation est décrite à différents potentiels couvrant le domaine passif et le début du domaine transpassif. Ceci permet notamment de quantifier la courbe anodique et de définir les limites d'utilisation de l'acier dans ces conditions.

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii. / The recent developments in nanotechnology have given rise to a new and increasing economical market where nanoparticles are at the forefront. Recent inventories of the nanoparticles-containing products have shown that silver nanoparticle- containing products are the most frequently used consumer nanomaterial. Due to the fear of a large scale contamination-and even pollution- of the aquatic environment from silver nanoparticles (nAg), studies have been conducted to assess their toxicities, which, in many cases, have been found to be mediated by the concomitant presence of Ag+. Notably, few studies have found evidence of toxicity due to the nAg, per se. Since numerous non-labile complexes are formed with Ag+ in freshwaters- especially with thiols and sulfides-, nAg toxicity might be more relevant in comparison to laboratory tests where the Ag+ tends to dominate toxicity studies. Therefore, this study investigated the mechanisms underlying silver bioaccumulation by the green alga, C. reinhardtii upon exposure to solutions of nAg (nominal size of 5 nm; poly-acrylate coating). Silver bioaccumulation upon exposures to the free ion alone served for comparison. In parallel, the abundance of two mRNAs- ICL1 and CTR2- were used to better understand the mechanisms underlying the bioaccumulation of Ag+ (and potentially nAg). The experiments were conducted in pH buffered solutions (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) at pH 7.00. For 2-hour exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only; however, no differences were noticed in the abundance of the expression of ICL1 and CTR2. For variable time exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only. Moreover, the expression of ICL1 was significantly higher for nAg than what was expected based upon an exposure to Ag+ only. When exposed to nAg, expression levels of CTR2 could be predicted from levels based solely on the Ag+ concentrations. The addition of a large excess of L-Cysteine, which is a very strong silver ligand (log K =11.5), to a nAg solution largely decreased silver bioaccumulation, however, bioaccumulation remained significant and the expression of both ICL1 and CTR2 were significantly higher than that of the control solutions (without Ag+). The results strongly suggest that nAg generated Ag+ ions when in contact with C. reinhardtii and that the nAg released to freshwaters might exert its toxicity through organism-contact-dependant release of Ag+.

Les rayonnements ionisants (RI) traversent les tissus humains, y déposent de l'énergie et la dissipent en fragmentant des molécules. Les fragments obtenus peuvent être mis en évidence par spectrométrie de masse. Malgré la quantité d'informations obtenue expérimentalement à partir du spectre de masse, l'expérience seule ne peut pas répondre à toutes les questions concernant les mécanismes de fragmentation des bases de l'ADN/ARN, et l'étude issue des méthodes quantiques est un complément précieux à ces informations. L'étude théorique permet de connaître les liaisons moléculaires rendues faibles dans chaque base par ionisation et ainsi de prévoir les mécanismes de fragmentation et les fragments produits. Le but de ce travail est d'étudier l'ionisation et les mécanismes de fragmentation de bases de l'ADN/ARN (Uracile, Cytosine, Adénine et Guanine) et d'identifier les cations correspondants à chaque pic des spectres de masse. Nous avons effectué nos calculs en utilisant la DFT avec la fonctionnelle PBE. Dans cette thèse, pour toutes les bases d'ARN, la réaction de rétro Diels-Alder est une des voies principales de dissociation (élimination de HNCO ou de NCO*) à l'exception de l'adénine qui n'a pas d'atome d'oxygène. La perte d'une molécule NH3 (NH2*) est aussi un chemin commun à toutes les bases contenant un ou plusieurs groupes amine. Egalement, la possibilité de la perte d'un hydrogène à partir des cations est également envisagée, ainsi que la dissociation de ces cations déshydrogénés et des bases protonées, en se limitant à l'uracile. Ce travail montre tout l'intérêt de l'apport de calcul (DFT) à l'interprétation des spectres de masse de bases de l'ADN

À cause de leurs propriétés antibactériennes, les nanoparticules d’argent sont couramment utilisées dans un grand nombre de produits tels les tissus, les savons et les produits médicaux. Dans cette industrie en pleine croissance, ces nanoparticules sont produites en grandes quantités et s’accumuleront éventuellement dans l’environnement. Pour comprendre le destin, le transport et la biodisponibilité des nanomatériaux, il est essentiel de comprendre leurs propriétés physicochimiques. Entre autres, il est particulièrement important de quantifier la dissolution des nanoparticules à l’aide de mesures de spéciation chimique. En effet, l’objectif de cette recherche est de déterminer la spéciation chimique des nanoparticules d’argent dans différents sols. Pour y parvenir, différentes concentrations de nanoparticules d’argent ont été incorporées dans un sol et après un certain laps de temps, la forme ionique a été mesurée à l’aide d’une électrode sélective d’argent tandis que l’argent total est mesuré par absorption atomique ou par ICP-MS. L’analyse de la spéciation dans trois sols différents révèle que les caractéristiques des sols influencent grandement la spéciation chimique, plus particulièrement la quantité de matière organique ainsi que le pH du sol. Ainsi, la tendance des résultats semble indiquer que plus un sol est acide, il y aura plus d’ions argent libres tandis que la matière organique adsorbe fortement les ions argent les rendant ainsi moins disponibles en solution. L’observation de la spéciation chimique à long terme indique aussi que les nanoparticules tendent à éventuellement se dissocier et ainsi émettre un plus grand nombre d’ions dans l’environnement. Ces résultats ont des implications importantes dans la détermination des risques environnementaux des nanoparticules métalliques. / Because of their antibacterial properties, silver nanoparticles are widely used in common items such as textiles, soaps and medical products. This practice has shown a drastic expansion during the last years thus leading to potential contamination of the environment by nanoparticles. To understand fate, transport and bioavailabity of nanoparticles, it is important to understand their physicochemical properties. More specifically, it is essential to quantify the dissolution of nanoparticles with chemical speciation measurements. The aim of this study is to quantify the speciation of silver nanoparticles in different soils. Different concentrations of silver nanoparticles have been injected in soil and after a specific time, the ionic form was measured with a silver specific electrode while total silver was quantified by atomic absorption or ICP-MS. Chemical speciation measurements in three different soils indicate that a soil’s properties has a large influence on the fate of silver nanoparticles, especially it’s pH and organic matter content. Results show that if a soil is acidic, it will lead to the release of more free silver ions while organic matter tends to adsorb ions making them less available. Over a six month period, nanoparticles seem to fix rapidly to soil solids but also seem to dissociate or oxidise over the months, leading to a greater amount of potentially bioavailable ions. These results have important implications to the determination of environmental risks of metal nanoparticles.

Les plastiques sont devenus les matériaux les plus utilisés pour la préservation de denrées alimentaires. Malgré leurs nombreux avantages (transparence, prix, modularité, propriété barrière aux gaz), leur imperméabilité à l’oxygène doit être sans cesse améliorée afin d’éviter aux denrées de subir diverses réactions d’oxydation et ainsi prolonger leurs durées de conservation. Pour cela, une solution envisageable consiste à combiner à des polymères, des catalyseurs métalliques pour piéger l’oxygène. Cette possibilité a été étudiée dans cette thèse. Après un premier chapitre introductif, le deuxième décrit les propriétés physico-chimiques des différents catalyseurs métalliques sélectionnés (stabilité, constantes de protonation, constante de complexation envers le cobalt(II) et le manganèse (II), capacité d’oxygénation, électrochimie). Le troisième chapitre est consacré à leur utilisation en tant qu’oxydant métallique de substrats organiques. Enfin le quatrième et dernier chapitre présente une étude à l’état solide de l’oxydation de polymères en présence de catalyseurs métalliques. Une large part de ce dernier chapitre a été consacrée à la caractérisation des produits d’oxydation. / Plastics are becoming the most used material for food and drinks preservation. Despite their numerous advantages (transparency, price, modularity, gas barrier property), their oxygen barrier properties have to be improved to avoid hazardous oxidation reactions to foods and drinks and so to increase their shelf-life. One alternative to solve this problem is to combine polymers and metal catalysts to scavenge oxygen. This possible strategy was investigated during this Ph.D. project. After a first introductive chapter, the second depicts the physico-chemical properties of selected metal catalysts (stability, protonation constants, complexation constants towards cobalt(II) and manganese(II), oxygenation capacity, electrochemistry). The third chapter is devoted to their use as powerful oxidant of organic substrate. Finally, the last chapter is dedicated to a solid-state study of polymer oxidation in the presence of metal catalysts. A large part of this last chapter has been devoted to the thorough elucidation of the nature/structure of the oxidized product(s).

Ceramic articles intended to come into contact with foodstuffs are regulated in Europe through the Directive 84/500/EEC, which sets the permissible limits for lead (Pb) and cadmium (Cd) releasing from ceramic ware and describes the testing conditions to be used in measuring the amounts of Pb and Cd released. Scientific data have shown concern regarding the exposure to lead and cadmium, as well as to other elements, from ceramic ware. A revision of the Directive is expected, towards lowering the permissible limits for lead and cadmium and on extending the regulation to other metals. In the context of this revision of the Directive 84/500/EEC, the present work aims at discussing the content of the Directive in view of providing an efficient protection to the consumers. It comprises an experimental investigation on the release of Pb, Cd and other metals from ceramic articles, an exposure assessment to Pb and Cd, and a risk assessment. On this basis, new migration limits are proposed. In the experimental part, an analytical method enabling the simultaneous quantification of Pb, Cd and up to 17 other elements has been validated. To evaluate how the testing conditions of the Directive are representative of real-use conditions, the influence of a number of parameters on the amounts of metals released from commercial ceramic ware has been studied. More specifically, the nature of the food simulant (acetic acid vs. citric acid), the pH, the temperature or the heating conditions have been investigated, as well as the effect of successive migration tests representing the normal repeated use of real ceramic articles. The current Directive protocol proves to be sufficiently representative of hot filling conditions in the use of ceramic ware. However, the much higher release of metals under cooking conditions suggests an additional leaching test in relation to ceramic articles used for cooking or heating. A possible substitute testing method which can accelerate the migration process at room temperature has been put forward.Based on the migration behavior of ceramic ware, exposure to lead and cadmium from ceramic articles has been estimated with a stepwise approach from screening to refined deterministic and to probabilistic evaluation. This study further assesses the risk of exposure to lead and cadmium taking account other dietary sources. Attention has been paid to vulnerable groups such as children. Referring to the evaluated risk of lead and cadmium from total dietary exposure, the specific migration limits (SMLs) for lead and cadmium from ceramic FCMs are proposed. The specific migration limits of other elements potentially leaching from ceramic articles are subsequently established following certain criteria.Apart from lead and cadmium, it is suggested to add aluminum, barium, iron, nickel, lithium, manganese, cobalt, copper, zinc and chromium in the scope of the Directive, and SMLs are proposed for these elements. Collectively taking account toxicological reference values, exposure from foodstuffs and practical exposure scenario of ceramics, the proposal of SMLs is considered realistic. / Les articles en céramique à vocation alimentaire sont régulés en Europe par la Directive 84/500/EEC, qui établit les limites maximale autorisées de plomb et de cadmium cédées par ces objets en céramiques, sous des conditions d'essai décrites dans la Directive. Depuis 1984, date de la Directive, les données scientifiques concernant les effets néfastes du Pb et du Cd mais aussi d'autres métaux sur la santé se sont accumulés. Une révision de la Directive est donc en discussion, avec pour objectif de réduire les limites autorisée en Pb et Cd, et d'en étendre la portée à d'autres éléments. Dans ce contexte, la présente thèse discute le contenu de la Directive en vue d'une protection adéquate des consommateurs. Ce travail comprend une partie expérimentale dédiée à la cession du Pb, du Cd et d'autres éléments par des objets en céramique, une étude d'exposition au Pb et au Cd, et une analyse de risques. Sur cette base, de nouvelles limites autorisées sont proposées.Dans la partie expérimentale, une méthode analytique permettant la quantification simultanée du Pb, du Cd et jusqu'à 17 autres éléments a été implémentée et validée. Afin d'évaluer à quel point les conditions d'essai de la Directive sont représentatives d'une utilisation réelle des céramiques à usage alimentaire, l'influence de différents paramètres sur la quantité de métaux cédés a été examinée en détail. En particulier, la nature du simulant alimentaire (acide acétique vs. acide citrique), le pH, la température et les modes de chauffage ont été étudiés, de même que des essais de migration successifs, plus à même de représenter l'usage répété des céramiques dans la vie courante. Le protocole de la Directive actuelle est représentatif d'un usage de type remplissage par des liquides chauds (thé, café, soupe). Cependant, pour des usages de type cuisine à plus haute température, les quantités cédées sont beaucoup plus importantes et il est donc suggéré d'établir de nouveaux protocoles représentatif de ces conditions. Un protocole alternatif permettant d'accélérer l'essai de migration à température ambiante est également proposé.A la suite de cette partie expérimentale, une étude d'exposition au Pb et au Cd par le biais d'articles en céramique a été effectuée suivant trois approches incrémentales, à savoir une évaluation par criblage, une évaluation déterministe raffinée, et une évaluation probabiliste. Enfin, une analyse de risque intégrant d'autres sources alimentaires d'ingestion de métaux est développée. Une attention particulière a été accordée aux groupes vulnérables tels que les enfants.Sur base de ce travail, de nouvelles limites maximales autorisées sont proposées pour le plomb et le cadmium. En outre, il est proposé d'intégrer l'aluminium, le barium, le fer, le nickel, le lithium, le manganèse, le cobalt, le cuivre, le zinc, le chrome et l'arsenic dans l'objet de la Directive, et des limites autorisées sont proposées pour ces éléments. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished