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.

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 selon divers scénarii 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 d'une étude du danger à une évaluation du risque. Cinq sédiments marins, de canal et de bassin d'orage 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). En phase solide, les PCB sont majoritairement adsorbés sur la phase matière organique condensée et la phase hydrocarbure, et près de 80% des HAP sont retenus sur la phase matière organique condensée. Les concentrations en contaminant dissous dans les eaux interstitielles ont été déterminées par échantillonnage passif (LDPE). Les résultats en phase liquide obtenus en lixiviation par lot et en percolation en colonne montrent, notamment pour les HAP, une vectorisation colloïdale importante (>80% et jusque > 99,9 % des HAP les plus lourds). Une méthode simple de mise en évidence de la fraction colloïdale des COH a été testée. 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. Dans l'étude d'un sédiment stocké à terre, l'émission de la matière organique dissoute devrait être mesurée par un essai de percolation au laboratoire, et la modélisation du transfert devrait être basée sur ce résultat.

Suite à une anthropisation généralisée des ressources aquatiques et des écosystèmes associés, on retrouve de nombreux contaminants chimiques organiques à l’état de traces dans l’environnement aquatique. En parallèle de ces contaminants, dans les milieux aquatiques on retrouve également des molécules rassemblées sous la dénomination « matière organique dissoute (MOD) », qui sont des mélanges complexes de molécules et macromolécules, qui peuvent s’associer à ces contaminants et influencer leur comportement et leur distribution. Les interactions entre MOD et contaminants peuvent s’avérer difficiles à étudier étant donné qu’elles sont dépendantes de nombreux facteurs tels que la nature des contaminants et de la MOD, ainsi que des paramètres physico-chimiques du milieu. L’objectif de ces travaux était donc d’étudier ces interactions. Les contaminants organiques choisis ont été les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et les substances pharmaceutiques. D’autre part, plusieurs types de MOD d’origine naturelle ou commerciale ont été utilisés. Pour étudier les interactions, plusieurs techniques analytiques ont été développées dont la micro-extraction sur phase solide couplée à la chromatographie en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse et l’extinction de fluorescence. / In relation with a widespread human impact on aquatic resources and ecosystems, many organic chemical contaminants are present at trace levels in aquatic environments. In parallel to these contaminants, dissolved organic matter (DOM), which is composed of complex mixtures of molecules and macromolecules, is also found and could be associated with these contaminants and influence their behavior and distribution. Interactions between DOM and contaminants can be very difficult to understand because they depend on many factors such as the nature of contaminants and DOM, as well as on environmental physico-chemical parameters. The aim of this work was thus to study these interactions. Organic contaminants studied were Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and pharmaceuticals. On the other hand, several types of natural and commercial DOM have been used. To study the interactions, several analytical techniques have been developed like solid phase microextraction coupled to gas chromatography and mass spectrometry and fluorescence quenching.

Une étude approfondie a été menée dans deux zones distinctes (Estarreja au Portugal, noté EST, et Casier Peyraud 6 en France, noté PEY) pour évaluer les niveaux de contamination, ainsi que leurs comportements dans des anthroposols et les risques potentiels de ces contaminants pour des organismes vivants du sol. L’objectif principal étant d’évaluer la mobilité environnementale des retardateurs de flamme bromés (RFBs) dans un écosystème terrestre, notamment vers les vers de terre (Eisenia fetida) et les plants (luzerne (Medicago sativa), cresson (Nasturtium officinale), moutarde blanche (Sinapsis alba), dans une prospective d’évaluation du risque de transferts de ces molécules.Le facteur de bioaccumulation (BAF) ainsi que les indices SET et ERITME ont été calculés. Le BAF permet de déterminer si une substance est accumulée dans un organisme donné et s’il existe un risque d’entrée et de diffusion tout au long de la chaine alimentaire. Les indices SET et ERITME permettent de classer les sites testés en fonction du transfert efficace des COs par les anthroposols aux organismes testés, et d’avoir une idée du risque potentiel pour l’écosystème. L’indice SET donne une idée globale de l’excès de transfert pour tous les contaminants dans les matrices étudiées. L’indice ERITME permet d’évaluer le risque environnemental global inhérent associé à l’excès de transfert des contaminants considérés. Compte tenu des valeurs ERITME, les matrices étudiées peuvent être classées dans un ordre de toxicité qui est aussi conforme pour l’ensemble des organismes testés (E. fetida, luzerne, cresson et moutarde). / A comprehensive study was conducted in two distinct areas (Estarreja in Portugal, noted EST, and Casier Peyraud 6 in France, noted PEY) to assess the contamination levels as well as their behavior in soils and the potential risks posed by these contaminants to soil organisms. The principal aim was to evaluate the environmental mobility of brominated flame retardants (BFRs) in a terrestrial ecosystem, namely to earthworms (Eisenia fetida) and plants (alfalfa (Medicago sativa), watercress (Nasturtium officinale) and white mustard (Sinapis alba)), concerning the BFRs transfer risk evaluation. The Bioaccumulation factor (BAF) as well as the SET and ERITME indexes were calculated. The BAF allow to determine if a substance is accumulated in a certain organism and if there exists the risk of entry and diffusion along the food chain. SET and ERITME indexes allow to rank the tested sites according to the effective OCs transfer from anthroposoils to the tested organisms and have an idea of the potential risk to the ec system. The SET index gives a global idea of the excess of transfer for all the contaminants in the studied matrices. The ERITME index allows to evaluate the possible inherent global environmental risk associated with the excess of transfer on the considered contaminants. Considering the ERITME values, the studied matrices can be classified in an apparent increasing order of toxicity that it is also in accordance with the levels of OCs found in the all the tested organisms (E. fetida, alfalfa, cress and mustard).