Le SO2 est un additif utilisé en oenologie pour ses propriétés antiseptiques,antioxydantes et antioxydasiques. Il est introduit dans les vins en grandes quantités en raisonde son fort pouvoir de combinaison avec les dérivés carbonylés, ce qui limite son activité. Leproblème est que les teneurs maximales de SO2 autorisées ne permettent pas toujours uneprotection suffisante du vin contre les phénomènes de refermentation. L'objectif principal dece projet était de réduire la concentration en dioxyde de soufre dans les vins en éliminant unepartie des dérivés carbonylés responsables de la combinaison bisulfitique. La méthoderetenue a été l’extraction sur phase solide (SPE). Elle fait intervenir des interactions entre unephase liquide et un support solide poreux modifié avec une fonction extractive. Les travauxantérieurs ont permis de sélectionner l’hydrazine et la sulfonylhydrazine comme agentsd’extraction. Ces fonctions ont été fixées sur des supports polymères organiques selon deuxvoies : la fonctionnalisation de résines sulfoniques commerciales et la copolymérisation ensuspension de méthacrylate de glycidyle suivie d’une fonctionnalisation. Les supports solidesobtenus ont été caractérisés afin de valider la fonctionnalisation. Ils ont ensuite été testés surdes solutions modèles du vin et le procédé a prouvé son efficacité. La présence decontaminants dans les solutions a été recherchée avant d’appliquer la méthode sur du vin. / SO2 is an additive used in enology for its antiseptic, antioxidant and antioxydasic properties. It is introduced in wines in large quantities due to its high binding power with carbonyl compounds, which limits its activity. The maximum SO2 content authorized is notalways enough to avoid fermentative phenomena during wine storage. The main objective of this project was to develop a method to reduce the sulfur dioxide concentration in wines byeliminating some of carbonyl compounds responsible for the SO2 binding. The method used was solid-phase extraction (SPE). It involves interactions between a liquid and a porous solid support modified with an extractive function. Previous work allowed to select hydrazine andsulfonylhydrazine as extractive reagents. These functions were fixed on organic polymersupports according to two routes : functionnalization of commercial sulfonic resins and suspension copolymerization of glycidyl methacrylate (followed by the functionnalization). The solid supports obtained were characterized in order to validate the functionnalization.Then selective extractions were executed on model solutions. The diminution of carbonylcompounds concentration and SO2 content was showed by those experiments. The presence of contaminants in the solutions was investigated before applying the method to wine.

In this thesis, simple methods to determine sulfide at low levels (µg L-1) in aqueous samples and sediments by water free hydrogen sulfide vapor generation using a commercially available vapor generation accessory have been developed. The hydrogen sulfide is then introduced in the ICP-QMS, equipped with an octopole collision/reaction cell which is vented with hydrogen and helium gases, or in the ICP-AES where the optical path between the plasma and the monochromator is purged with nitrogen. Moreover some studies have been conducted for the determination of arsenic by ICP-MS in natural waters with high sodium and chloride content. Spectral and non spectral interferences on arsenic measurement have been investigated and different experiments have been developed to solve such interferences (optimizations of the cell collision conditions, arithmetic corrections, introduction of small amounts of alcohol). Finally, the use of the DGT technique (diffusive gradients in thin films) has been evaluated in acidic samples and mining wastes for the firs time. / En aquesta tesi, s’han desenvolupat mètodes senzills per a la determinació de sulfur a baixes concentracions (µg L-1) en mostres aquoses i sediments mitjançant la generació de sulfur d’hidrogen, utilitzant un accessori de generació d’hidrurs comercial. Un cop format el sulfur d’hidrogen, aquest es pot introduir a l’ICP-QMS, equipat amb una cel•la de col•lisió/reacció o a l’ICP-AES amb el pas entre el plasma i el monocromador purgat amb nitrogen. També s’han fet alguns estudis per determinar arsènic amb ICP-MS en aigües naturals amb alt contingut de sodi i clor. S’han estudiat les interferències espectrals i no espectrals sobre aquest element i s’han dut a terme diferents experiments per a resoldre-les (optimització de la cel•la de col•lisió, aplicació de correccions matemàtiques, introducció de petites quantitats d’alcohol). Finalment, s’ha avaluat l’ús de la tècnica de DGT (diffusive gradients in thin films) en mostres àcides (pHs de 5 a 10) i residus de mineria per primera vegada.

L’objectiu general d’aquesta tesi ha estat avaluar l’aplicabilitat de bioassajos específics i un bioassaig estandarditzat genèric en mostres de diferents matrius ambientals. D’aquesta manera es pretén complementar la informació obtinguda de les anàlisis químiques per tal de poder establir un millor diagnòstic ambiental. S’han analitzat diferents metalls i compostos orgànics en mostres dels diferents compartiments ambientals. Per avaluar l’ecotoxicitat de mostres d’aigua dolça, s’ha triat l’alga Pseudokirschneriella subcapitata, mentre que per mostres de sòl i residus orgànics, s’han escollit plantes d’interès agrícola com són Allium cepa, Raphanus sativus i Lolium perenne. Per últim, s’han realitzat tests in vitro de toxicitat humana per avaluar la toxicitat de les partícules PM10 de l’aire amb cultius de cèl•lules pulmonars (línia A549). En tots els casos, s’ha realitzat també un assaig ecotoxicològic amb el bacteri luminescent Vibrio fischeri, per avaluar la seva idoneïtat en les diferents matrius ambientals. Els resultats, han demostrat que l’aplicació de bioassajos específics en diferents matrius ambientals pot suposar una bona eina d’“screening” per completar la informació obtinguda de les anàlisis químiques que, realitzades de forma individual, poden estimar erròniament la toxicitat real de les mostres ambientals. S’ha observat que el bioassaig amb Vibrio fischeri ha mostrat bona complementarietat amb d’altres assajos més específics de cada matriu, a més de resultar molt sensible a la presència de contaminants en aigües i sediments fluvials, fangs de depuradora i partícules d’aire PM10. / El objetivo general de esta tesis ha sido evaluar la aplicación de bioensayos específicos y un bioensayo estandardizado genérico en distintas matrices ambientales. De este modo se pretende complementar la información obtenida con los análisis químicos para poder establecer un mejor diagnóstico ambiental. Se han analizado metales y compuestos orgánicos en muestras de distintos compartimentos ambientales. Para evaluar la ecotoxicidad de muestras de agua dulce se ha escogido el alga Pseudokirschneriella subcapitata, mientras que para muestras de suelos y residuos orgánicos se han escogido plantas de interés agrícola como son Allium cepa, Raphanus sativus y Lolium perenne. Por último, se han realizado tests in Vitro de toxicidad humana para evaluar la toxicidad de las partículas PM10 del aire, con cultivos de células pulmonares (línea A549). En todos los casos se ha realizado un ensayo ecotoxicológico con la bacteria luminescente Vibrio fischeri, para evaluar su idoneidad en las distintas matrices ambientales. Los resultados han demostrado que el uso de bioensayos específicos en distintas matrices ambientales puede suponer una buena herramienta de ‘’screening’’ para completar la información obtenida de los análisis químicos, que realizados de forma individual, pueden estimar erróneamente la toxicidad real de las muestras ambientales. Además, se ha observado que el bioensayo con Vibrio fischeri presenta buena complementariedad con otros ensayos más específicos de cada matriz ambiental, además de ser muy sensible a la presencia de contaminantes en aguas y sedimentos fluviales, lodos de depuradora y PM10 del aire.

This study examined temporal variation of pharmaceutical concentrations in two streams with differing land uses: 1) a suburban stream with combined sewer overflow point sources; and, 2) a rural stream influenced by septic systems and agricultural runoff. Sites were sampled monthly for pharmaceutical concentrations and stream physiochemical parameters. Pharmaceuticals were frequently detected in both the urban and agricultural stream with the highest concentrations measured during winter. Across sites, water column dissolved oxygen concentrations positively correlated with several pharmaceuticals suggesting microbial activity is important in pharmaceutical persistence. Potential for degradation of pharmaceuticals as a carbon or nitrogen source by stream sediment microbial communities was also estimated using pharmaceutical-amended basal salt media incubated under different temperature and ultraviolet (UV) light treatments. Under 4°C incubation, caffeine and acetaminophen were the most recalcitrant compounds whereas cotinine was the most labile. Under UV-B exposure, cotinine and sulfamethoxazole were the most recalcitrant compounds whereas ibuprofen was the most labile. / Temporal variation of pharmaceuticals in an urban and agriculturally influenced stream -- Degradation potential of six pharmaceuticals by sediment microbial communities. / Department of Biology

Les dernières décennies ont été marquées par une augmentation du nombre des cas de cancers, ce qui a subséquemment conduit à une augmentation dans la consommation des agents de chimiothérapie. La toxicité et le caractère cancérogène de ces molécules justifient l’intérêt crucial porté à leur égard. Quelques études ont fait l’objet de détection et de quantification des agents de chimiothérapie dans des matrices environnementales. Dans ce projet, une méthode utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) précédée d’une extraction sur phase solide (SPE) automatisée ou en ligne a été développée pour la détection et la quantification d’un groupe de six agents de chimiothérapie. Parmi ceux-ci figurent les plus utilisés au Québec (gemcitabine, méthotrexate, cyclophosphamide, ifosfamide, irinotécan, épirubicine) et présentant des propriétés physico-chimiques et des structures chimiques différentes. La méthode développée a été validée dans une matrice réelle représentant l’affluent d’une station d’épuration dans la région de Montréal. Deux des six composés cytotoxiques étudiés en l’occurrence (cyclophosphamide et méthotrexate) ont été détectés dans huit échantillons sur les neuf qui ont été recensés, essentiellement au niveau de l’affluent et l’effluent de quelques stations d’épuration de la région de Montréal. Les résultats des analyses effectuées sur les échantillons réels ont montré qu’il n’y avait pas de différence significative dans la concentration entre l’affluent et l’effluent, et donc que les systèmes d’épuration semblent inefficaces pour la dégradation de ces molécules. / The last few decades have been marked by an increase in the number of cancer cases, which subsequently led to an increase in the consumption of chemotherapeutic agents. The toxicity and the carcinogenicity of these molecules justify the increased interest. Few studies have been conducted to detect and quantify chemotherapeutic agents in environmental matrices. In this project, a method using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) preceded by an online solid-phase extraction (SPE) has been developed for the detection and quantification of a group of six chemotherapeutic agents, which are among the most commonly used in Quebec (gemcitabine, methotrexate, cyclophosphamide, ifosfamide, irinotecan, epirubicin) and having different physico-chemical properties and different chemical structures. The developed method was validated in a real water matrix representing the influent of a sewage treatment plant in the Montreal area. Two of the six studied cytotoxic agents (cyclophosphamide and methotrexate) were detected in eight samples of the nine taken mainly at the influent and effluent of some treatment plants in the Montreal area. The results of the analysis of real samples showed that there was no significant difference in concentration between the influent and effluent. This also demonstrates the inadequacy of the current wastewater treatment approaches to remove those compounds.

Cette thèse consiste en la conception d'un système d'acquisition et d'un algorithme de traitement d'image. Le but de ce travail est la détection de contaminants dans un contexte de contrôle qualité, particulièrement dans l'industrie pharmaceutique. Les contaminants sont des colonies de micro-organismes se développant sur membrane micro-poreuse. Nous avons choisi d'utiliser la mesure tridimensionnelle de surface pour réaliser l'acquisition des données, ce qui n'a jamais été fait pour des données micro-biologiques. Notre apport a de plus consisté à remplacer l'éclairage laser généralement utilisé par un dispositif à LED permettant de réduire le bruit dans les données. Cela permet de diminuer la durée d'incubation des tests de 14 jours à moins de 5. Concernant l'algorithme, nous avons analysé les données de hauteur en combinant une méthode de détection de données aberrantes et un séparateur à vaste marge. La difficulté de la détection réside dans la variété des signaux correspondant aux colonies, et également dans la présence d'artefacts semblables aux colonies. Nous sommes capables de détecter correctement la présence ou l'absence de contaminants dans 98% des cas. / An acquisition system and its algorithm are designed. Their purpose is contaminants detection as quality control in pharmaceutical industry. Contaminants are colonies of micro-organisms growing on micro-porous membrane. We use 3D surface measurement, which has never been done in a microbiological context. In addition, our contribution is to use an LED based lighting instead of a laser. It leads to an important noise reduction. It allows to decrease micro-organisms incubation period from 14 days in current method to 5 days or less. The height map from the system are processed with an outlier detection method combined to a support vector machine. Colonies show varying and various signals, and artifacts are present in the data. Nevertheless, we have been able to detect with success the presence or absence of contaminants with a rate of 98%.

Les nanoparticules métalliques manufacturées (NPs) sont des polluants émergents dont la concentration augmente dans les sols en raison de leur utilisation croissante dans de nombreux produits commerciaux de la vie courante (cosmétiques, aliments, peintures…). Des études in vitro ont montré la toxicité des NPs pour les microorganismes, mais il existe encore peu de données sur l'écotoxicité et le devenir de ces contaminants dans les sols. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer l'influence des paramètres abiotiques du sol sur (i) les caractéristiques physico-chimiques et le transfert des NPs, et (ii) sur la toxicité des NPs pour les communautés microbiennes du sol, en particulier pour des groupes fonctionnels microbiens impliqués dans le cycle du carbone et de l'azote. Nous avons mis en évidence que les propriétés du sol influençaient l'agrégation et la charge de surface des NPs de dioxyde de titane (TiO2) et d'oxyde de cuivre (CuO). Dans les six sols agricoles étudiés, nous avons observé un transport très faible des NPs testées lors d'une expérimentation en colonnes de sols. Nous avons mis en évidence une absence de toxicité des NPs de TiO2 sur les communautés microbiennes, sauf dans un sol limono-argileux à forte teneur en matière organique. Dans ce sol, des effets négatifs ont été observés après 90 jours d'exposition sur les activités microbiennes, sur l'abondance des microorganismes nitrifiants et la diversité des bactéries et des archées. Des études complémentaires en colonnes de sol, ont permis de mettre en évidence des effets délétères des NPs plus importants que la nitrification lors d'une contamination chronique au TiO2 que lors d'une contamination aigüe / Manufactured metallic nanoparticles (NPs) are emerging pollutants of soils due to their increasing utilization in numerous commercial products (cosmetics, food, paint…). In vitro studies have demonstrated NPs toxicity on microorganisms but data are still scarce on the fate and ecotoxicity of these contaminants in soils. The objective of this thesis was to assess the influence of soil properties on (i) the physicochemical characteristics and the transport of NPs, and (ii) on the NPs toxicity on soil microbial communities, especially on microbial functional groups involved in carbon and nitrogen cycles. This work highlighted that soil properties influenced the aggregation and the surface charges of titanium dioxide NPs (TiO2-NPs) and copper oxide NPs (CuO-NPs). In the six agricultural soils studied, we observed a very low transport of the two NPs in a soil column experiment. We observed a low toxicity of TiO2-NPs for soil microbial communities, except in a silty-clay soil with a high organic matter content. In this soil, microbial activities (soil respiration, nitrification and denitrification) and nitrifier abundances were strongly decreased and archaeal and bacterial community structure were altered after 90 days of exposure. Furthermore in this soil, we observed decreases of nitrification activity, even for very low TiO2-NPs concentrations (0.05 mg kg-1) which were explained by a high sensitivity of ammonia-oxidizing archaea (AOA) involved in this process. Additional studies in soil columns demonstrated that chronic contamination with TiO2-NPs caused more deleterious effects on nitrification than acute contamination

Chaque année, 65 millions de m3 de sédiments sont extraits par dragage des ports, des canaux, des rivières et des fleuves français. Ces matériaux sont souvent contaminés par des métaux lourds, pesticides et autres polluants organiques accumulés au cours du temps, et doivent être stockés à terre. La valorisation des sédiments contaminés est encadrée par des guides techniques et par la réglementation en vigueur. Ces guides proposent une méthodologie d’évaluation et des valeurs seuils protectrices pour la santé humaine et l’environnement, utilisant les teneurs totales en composé organique hydrophobe (COH). Ce travail évalue le comportement environnemental à long terme de sédiments contaminés et précise quels sont les paramètres et les mécanismes contrôlant la mobilité des polluants organiques, afin de passer dans les études du danger au risque. 5 sédiments de natures différentes ont été suivis au laboratoire pendant 18 mois, et diverses méthodes de mesure des fractions solides, colloïdales et dissoutes ont été pratiquées. La matière organique des sédiments est hétérogène et possède une multitude de sites de sorption. La présence d’origine exogène de suie et de matières organiques condensées (Black Carbon) et d’hydrocarbures est responsable de la forte rétention des COH dans le sédiment (coefficients de partage Kd élevés et cinétiques de désorption très lentes).Une modélisation à partir des coefficients de partage, même avec des estimations très fines, peut largement sous-évaluer le risque environnemental (facteur 1000) car la mobilité des COH au travers des colloïdes ou macromolécules dissoutes n’est pas prise en compte dans les modèles d’émission et de transport classiques. / Each year, 65 million m3 of sediment are removed by dredging of harbors, canals, rivers and French rivers. These materials are often contaminated with heavy metals, pesticides and other organic pollutants accumulated over time, and should be stored ashore. The re-use of contaminated sediments under various scenarii is supervised by technical guidelines and regulations. These guides offer an evaluation methodology and thresholds for protecting human health and the environment, using the total solid concentrations of hydrophobic organic compound (HOC). This work evaluates the long-term environmental behavior of contaminated sediments and precisely what are the parameters and mechanisms controlling the mobility of organic pollutants, to assess risk rather than hazard. 5 sediments were monitored in the laboratory for 18 months, and various methods of measuring solid, colloidal and dissolved fractions were performed. The organic matter in sediments is heterogeneous and has a multitude of sorption sites. The presence of exogenous origin of soot and condensed organic matter (Black Carbon) and hydrocarbons is responsible for the high retention of HOC in the sediment (high partition coefficients Kd and very slow desorption kinetics). Classical modeling of the dissolved phase by partition coefficients, even refined, may significantly under-estimate the environmental risk (factor up to 1000) because the mobility of COH through colloids or dissolved macromolecules is not taken into account in the conventional transmission and transport models.

La pollution des eaux est particulièrement problématique pour les pays industrialisés et les pays en développement. Des suivis environnementaux se sont alors avérés nécessaires afin de progresser dans la compréhension des origines et des conséquences de la présence de ces polluants. Parmi les polluants organiques les plus dangereux, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et les pesticides qui peuvent se retrouver à l’état de traces dans les milieux aquatiques. Leur analyse nécessite des méthodes analytiques à la fois spécifiques et sensibles. L’Extraction sur Phase Solide (SPE) suivi d’une analyse par la Chromatographie Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (GC-MS) est la méthode la plus couramment employée. Les travaux de thèse s’inscrivent ainsi dans l’optique généralevisant à développer des nouvelles méthodes analytiques pour l’extraction et l’analyse de cesdeux familles de polluants organiques présents dans l’eau. Afin de pallier les contraintes classiques de la SPE, une nouvelle approche a été développée qui consiste à introduire latechnique de centrifugation dans certaines étapes de la procédure SPE. La nouvelle méthodeélaborée a permis de réduire considérablement le temps de préparation et d’économiserl’utilisation et le rejet des solvants organiques, en réduisant presque 10 fois les volumes nécessaires à l’obtention des rendements de récupération satisfaisants. Une méthoded’analyse par injection à température programmable (PTV) a été optimisée afin d’améliorerles seuils de détection des HAP. Cette étude a permis également d’avoir les informations surla qualité des eaux de pluie, eaux souterraines et eaux de surface au Liban quant au niveau deleur contamination pour les HAP et les pesticides. / Water pollution presents a very critical problem facing industrial and developping countries. The environmental monitoring of the contaminants seems necessary to understand their sources and impacts. Among a wide variety of organic pollutants present in water,polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and pesticides are of particular importance as widespread, persistent, and toxic contaminants. They are usually present at trace levels in theacquatic surfaces; therefore their detection and control require selective and sensitiveanalytical procedures. The Solid-Phase Extraction (SPE) followed by the Gas-Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC-MS) are the most commonly usedtechniques for their analysis in water. Thesis objectives are focused on the development of new analytical methods for the extraction and analysis of these two families of pollutants present in water. To overcone the contraints of the traditional SPE, a new approach was developed consisting on the introduction of the centrifugation in several steps of the procedure. The new method showed practical environmental and economical advantages interms of sample preparation time, simplicity, reduction in solvent use, and cost and isparticularly suitable for routine applications requiring a high sample throughput. Aprogrammed temeperature vaporizing (PTV) injection method was also optimized and validated in order to improve the detection limits for the GC-MS analysis of PAHs. The evaluation of the quality of different water systems in Lebanon including rainwater,groundwater, drinking water and surface water was accomplished in this study.

Les tensioactifs poly- et perfluoroalkylés (PFAS) sont des composés d’origine anthropique produits à partir des années 1950 et qui sont désormais considérés comme des polluants ubiquistes. La première partie de ce travail a consisté à optimiser et valider des procédures pour l’analyse ultra-trace des PFAS. Ces méthodes ont ensuite été utilisées afin d’apporter de nouveaux éléments de réponse sur l’occurrence et la dynamique des PFAS dans les environnements aquatiques. Une attention particulière a été accordée aux valeurs censurées (<LD). Dans les eaux de surface et les sédiments, à l’échelle nationale, le perfluorooctane sulfonate (PFOS) s’est avéré prédominant parmi les acides perfluoroalkylés (PFAA) considérés ; la fraction organique du sédiment est apparue un facteur de contrôle clé des teneurs sédimentaires. L’utilisation des cartes auto-organisatrices de Kohonen a facilité la synthèse des résultats et les comparaisons entre sites. A une échelle plus locale, ces travaux ont permis de cartographier la contamination sédimentaire d’un estuaire macrotidal et d’étudier les facteurs de contrôle de leur distribution. La dynamique spatio-temporelle des PFAS et leur transfert aux premiers maillons trophiques ont été évalués en milieu fluvial urbain (la Seine) et en milieu estuarien (la Gironde). La détermination des facteurs d’amplification trophique en estuaire de Gironde confirme le caractère bioamplifiable du PFOS et de certains PFAA à longue chaîne. Le dernier axe de ces travaux concernait la recherche de PFAS d’intérêt émergent zwittérioniques et cationiques ; des résultats préliminaires semblent dissiper les inquiétudes concernant leur potentiel de bioaccumulation. / Poly- and perfluoroalkyl surfactants (PFAS) are anthropogenic compounds that have been used sincethe 1950s in a variety of applications and that have emerged as ubiquitously distributed contaminants.The first aim of this work was to optimize and validate analytical procedures for the trace-leveldetermination of PFAS. These methods were then applied to various sets of environmental samples,providing new elements to document the occurrence and environmental fate of PFAS in aquaticecosystems. In terms of statistical analyses, a special care has been devoted to incorporate nondetects(data <LOD). In French surface waters and sediments, perfluorooctane sulfonate (PFOS) wasthe prevailing perfluoroalkylated acid (PFAA); sediment organic carbon fraction was a key controllingfactor of PFAS sedimentary levels. Kohonen self-organizing maps were used to highlight similaritiesand differences between sites, providing evidence for distinctive features, sometimes at watershedscale. A mapping of PFAS in sediments was established in a macrotidal estuary, along with theirpartitioning behavior in the water column. The spatio-temporal dynamics of PFAS and transfer to thefirst trophic levels were investigated in an urban freshwater hydrosystem (the Seine River) and in anestuarine environment (Gironde estuary). In the Gironde estuary, trophic magnification factors (TMF)were significantly >1 for PFOS and several long-chain PFAA, providing new evidence for theirbiomagnification. The last theme addressed in this work was the analysis of newly-identified cationicand zwitterionic PFAS ; preliminary evidence seem to dispel concerns about the bioaccumulationpotential of the latter.