L’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentiel d’un système de marais filtrants combinés pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois - l’arséniate de cuivre chromaté (ACC) et le pentachlorophénol (PCP) - en portant une attention particulière au rôle des plantes. Pour ce faire, une expérience en pot faisant varier la concentration d’exposition de quatre espèces de macrophyte (Typha angustifolia, Phalaris arundinacea, Phragmites australis americanus et Phragmites australis australis) a été effectuée. Le suivi de quatre marais filtrants à écoulement horizontal sous-surfacique, plantés d’une des quatre espèces de macrophyte et d’un bassin planté de saules (Salix Miyabeana SX67) a également été réalisé. La résistance des plantes au milieu contaminé, la capacité de bioaccumulation des macrophytes et les efficacités de traitement des différents systèmes ont été analysés. Nos résultats montrent que la concentration d’exposition n’influence pas la capacité des plantes à croître en milieu contaminé. Par contre, il existe une relation dose-réponse entre la concentration d’exposition et la capacité de bioaccumulation des macrophytes. Les quatre marais pilotes ont tous des efficacités de traitements supérieures à 55% en 2013 et 82% en 2014 pour les contaminants à l’étude. Le bassin de saule a la capacité théorique d’évapotranspirer jusqu’à 1200 L par jour. De plus, ses efficacités de traitements sont supérieures à 59% pour tous les composés à l’étude. L’utilisation de marais filtrants pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois est donc une alternative intéressante aux méthodes de traitement conventionnel. / The main objective of this project is to evaluate the capacity of a combined constructed wetland system to treat a leachate polluted with two wood preservatives-chromium copper arsenate (CCA) and pentachlorophenol (PCP)- according a particular importance to the role of plants. The effect of the exposure concentration on four macrophytes species (Typha angustifolia, Phalaris arundinacea, Phragmites australis americanus and Phragmites australis australis) was evaluated using a pot experiment. Four HSSF pilot constructed wetlands, planted with one of these plants species, were monitored. The role of an HSSF constructed wetland, planted with willow (Salix Miyabeana SX67), placed at the end of the treatment chain was also assessed. The plants growth and survival and their bioaccumulation capacity were measured, and the system treatment efficiencies were monitored. There was no effect of the concentration on plants growth but the higher exposure concentration resulted in a higher bioaccumulation in the roots of the four macrophytes. All four pilots CW showed treatment efficiencies superior to 55% in 2013 and to 82% in 2014 for the pollutants tested. The willows CW have the theorical capacity to evapotranspirate up to 1200 L of water. Its treatments efficiencies were over 59% for all the pollutants tested. A combined constructed wetland system is a good alternative to conventional methods to treat a leachate polluted with wood preservatives.

L’incinération des ordures ménagères entraîne la formation de dioxines. Ces composés sont reconnus comme toxiques voire cancérigènes. La connaissance des quantités émises en temps réel est donc nécessaire.Ces travaux de thèses s’inscrivent dans une étude globale d’un dispositif permettant l’analyse en ligne des dioxines grâce à un système pré-concentrateur utilisant l’adsorption sélective de congénères toxiques sur des zéolithes, supportant la thermo-désorption, et un analyseur en masse.Dans un premier temps, les enjeux sont exposés. Puis une étude des écoulements dans les milieux poreux a pour but de déterminer quelle est la meilleure mise en forme des zéolithes pour favoriser l’adsorption en phase gazeuse dynamique. Ensuite, la mise en place et la caractérisation d’un système de génération de dioxines en phase gazeuse sont détaillées. Cette source est ajustable en concentration et en débit, permettant des études d’adsorption en laboratoire.Les premiers essais d’adsorption en phase gazeuse montrent, en accord avec les prédictions de la première étude, l’importance d’un adsorbant régulier de faible granulométrie. L’analyse par thermodésorption des dioxines piégées sur des grains de FAU [NaX] est réalisée en quelques heures.La facilité d’utilisation de zéolithes dans un système de prélèvement comme adsorbants et leur analyse par les méthodes de la norme EN 1948 a été prouvée lors de deux campagnes sur une unité d’incinération d’ordures ménagères.Ces travaux ont montré que l’analyse quotidienne en ligne des dioxines est d’actualité et pertinente. / The waste incineration leads to the formation of dioxins. These compounds are known to be toxic, even carcinogenic. Therefore, the emitted amounts have to be monitored.This work is part of a comprehensive study of a device for the online analysis of dioxins by means of a pre-concentrator using selective adsorption of toxic congener upon zeolites, allowing thermal desorption and a mass spectrometer.At first, the stakes are exposed. Then a study of flow in porous media aims to determine the best shape of zeolites to promote dynamic gas-phase adsorption. Then the establishment and characterization of a system for gas phase dioxins generation are detailed. This source is adjustable both in concentration and flow, allowing laboratory adsorption studies.The first gas phase adsorption tests show, in agreement with the predictions of the first study, the importance of a regular-shaped adsorbent with small particle sizes. The analysis by thermal desorption of dioxins trapped on grains FAU [NaX] is carried out in a few hours.The ease of use of zeolites in sampling train as adsorbent and their analysis according to EN 1948 standards has been proved during two campaigns at a waste incinerator facility.

Plusieurs travaux suggèrent l'implication des polluants de l'environnement dans l'épidémie d'obésité et l'incidence du diabète. Cependant, l'impact cumulé de cette myriade de polluants auxquels l'homme est exposé à faibles doses pendant toute sa vie n'a pas été totalement appréhendé.Au laboratoire, nous utilisons un modèle souris d'exposition chronique (toute la vie) à un mélange de polluants (TCDD, PCB153, DEHP et BPA) via leur ajout à une alimentation obésogène ou standard. Les doses des polluants sont ajustées de sorte à ce que l'exposition soit de l'ordre de la Dose Journalière Tolérable, supposée sans effet chez l'homme, pour chacun des 4 polluants.Nos résultats montrent que dans un contexte d'obésité induite par le régime et à l'âge adulte, l'exposition au mélange de polluants altère le métabolisme hépatique du cholestérol chez les mâles et aggrave l'intolérance au glucose chez les femelles. L'analyse du profil métabolique de femelles immatures nourries avec le régime obésogène indique que les effets des polluants sont liés au contexte hormonal et à l'activité oestrogéno-mimétique des polluants. Enfin, en condition de régime standard, nous observons une dyslipidémie chez les femelles adultes exposées au mélange, possiblement en lien avec la dérégulation génique dans le foie de plusieurs voies métaboliques dont le rythme circadien et le métabolisme du cholestérol. En revanche, les polluants n'ont pas d'effet obésogène.En conclusion, nos travaux démontrent que les polluants en mélange exercent un impact métabolique adverse chez la souris à des doses supposées sans effet individuellement, et ces effets sont dépendants du sexe de l'âge et du contexte alimentaire / Pollutants are suspected to contribute to the etiology of obesity and related metabolic disorders but the current risk assessment does not take into account the cocktail effect resulting from the large amount of chemicals to which humans are exposed.We fed mice with high fat or standard diet with or without a mixture of food pollutants, either persistent pollutants (TCDD, PCB153) or short-lived pollutants (DEHP, BPA). Doses are adjusted resulting in mice exposure at the Tolerable Daily Intake dose range for each pollutant. Mice are chronically exposed from preconception to adult life.We demonstrated that a mixture of 4 pollutants triggers in the adult male offspring (12 weeks) an alteration of hepatic cholesterol metabolism. In females, there was a marked deterioration of glucose tolerance, which may be related to decreased hepatic estrogen signaling. The analyze of 7 week-old female mice, when they exhibit early signs of obesity and immature estrogen levels, shown that pollutant exposure alleviated HFSD-induced glucose intolerance, suggesting apparent biphasic effects of pollutants along with hormonal context. Then we compared hepatic signature of gene expressions from exposed non-obese or non exposed obese females and we highlight 4 main pathways that were targeted by both treatments and appeared to be affected by different but overlapping mechanisms. Plus, we showed that pollutants can markedly alter the circadian clock in the liver.Altogether, we emphasize that, pollutants presented in a mixture, have adverse metabolic effects at doses where they are supposed to be without any individual effect, and these effects depend on the gender, age and dietary context

La protection de l’environnement et de la santé humaine représente une préoccupation éthique et scientifique primordiale. Les dioxines/furanes, produits, entre autres, par les processus d’incinération de déchets, font partie des polluants les plus dangereux de par leur stabilité et leur faculté à être bio-accumulés. Les polychlorobenzènes sont souvent référencés comme molécules modèles de ces composés et seront utilisés en tant que tels dans ces travaux de thèse. Grâce à leurs structures microporeuses organisées qui leur confèrent de remarquables capacités d’adsorption, les zéolithes et les Metal-Organic Frameworks (MOFs) représentent des matériaux de choix pour piéger ces polluants organiques. Leur mise en forme sous forme de billes par exemple offre l’avantage de s’affranchir de problèmes tels que le colmatage ou les pertes de charges trop importantes pouvant apparaître pour une application à l’échelle industrielle. C’est pourquoi, cette thèse vise à élaborer et caractériser des adsorbants zéolithiques et de type MOF, de les mettre en forme et d’étudier leurs propriétés d’adsorption vis-à-vis de polychlorobenzènes/dioxines/furanes. L’ensemble des zéolithes et MOFs ont été sélectionnés et préparés de sorte à optimiser leurs caractéristiques structurales, texturales et morphologiques pour les applications ciblées. Une étude sur la mise en forme de la zéolithe de type FAU a conduit à l’élaboration de billes présentant de bonnes propriétés mécanique et d’adsorption. Les différentes mesures d’adsorption de polychlorobenzènes/dioxines/furanes en phases gaz et liquide ont permis de mettre en évidence les meilleurs matériaux pour l’adsorption sélective de ces polluants à l’émission d’usines d’incinération de déchets. / Environmental and human health protection is a scientific and ethical concern. Dioxin/furan compounds, produced from waste incineration process among other, are ones of the most dangerous pollutants due to their stability and ability to bio-accumulate. Polychlorobenzenes are often referred as model molecules of these compounds and will be used as it in this PhD work. Thanks to their microporous organized structures which confer to them remarkable adsorption capacities, zeolites and Metal-Organic Frameworks (MOFs) are interesting materials to trap these organic pollutants. Their shaping as beads for example offer the advantage to overcome problems such as clogging or excessive pressure losses that can appear for an industrial application. Therefore, the aim of this PhD is to prepare and characterize zeolite and MOF, to shape them and to study their adsorption properties for polychlorobenzenes/dioxins/furans. All zeolites and MOFs have been selected and prepared in order to optimize their structural, textural and morphological characteristics for the intended application. A study on the shaping of the FAU-type zeolite has allowed the development of beads with good mechanical and adsorption properties. The different polychlorobenzenes/dioxins/furans adsorption tests into gas and liquid phases allowed identifying the best solids for the selective adsorption of these pollutants in waste incineration plant emissions.

The quality of food is an increasingly important matter of concern in Europe. The feeding stuffs poisoning episode that occurred in Belgium in May 1999 pointed out the vulnerability of the food chain and the lack of appropriate monitoring. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) and polychlorobiphenyls (PCBs) were the key contaminants involved. This has triggered new EU legislation, including maximum and action limits for relevant food and feed products as well as requirements for analytical method used to verify compliance. Large monitoring programs to test food and feed have been launched and, in many countries, efforts to monitor dioxins and related compounds strongly increased. To cope with the large number of samples statistically required for monitoring, the recommanded strategy involves the use of screening methods based on low resolution mass spectrometry (LRMS) and/or bio-assays, and high resolution mass spectrometry (HRMS) method, used to bear out their presence. Major analytical challenges had to be met to face with the large number of samples including the authoritys requests on developing screening and alternative methods for monitoring programs of PCDD/Fs and PCBs in food and feed. The first part of this document is devoted to the development of an alternative LRMS-based method for PCDD/Fs and PCBs measurement in food and feed. The second part of this thesis is an answer to the basic questions commonly addressed to all analytical chemists developing method but here in a particular context due to very specific family of compounds involved: How to make sure that my method is able to achieve sufficient accuracy on results? Are there any analytical benchmarks available for validation purposes? How to evaluate measurement uncertainty expressed in toxic equivalent (TEQ) units? How to report results right? How can the proficiency of my laboratory be measured? To ensure the quality of data obtained, laboratories in charge of the food control on PCDD/Fs and dioxin-like PCBs encounter a number of severe problems. One has to mention the lack of sufficient and reliable certified reference materials that are necessary to validate methods, too scarce data available on current analytical method performances, and the absence of quality criteria approach for analytical method. During the course of this work, I contributed to answer these questions to the general analytical effort by providing useful tools and methodologies. At that time, straightforward answers could not be found in the scientific literature. One of the reasons was the scarce data of dioxins in food and feed available. One can also mention the unusual part the dioxins play in chemical analysis. Indeed, the main features that characterize a dioxin measurement are the low levels at which these compounds occur in biological samples (sub parts-per-trillion), levels that are currently not explored by any other applications in chemical analysis in the food sector and therefore the difficulty to cope with precision models available; the reporting of results expressed in total tetrachloro dibenzo-p-dioxin (TCDD) toxic equivalent concentration for compliance assessment with statutory limits; and, what necessarily follows from the decision-making: the statement of the uncertainty interval also expressed in toxic units. To answer the foregoing questions in an international frame, notions such as validation of analytical procedures, fitness for purpose, internal quality control, interlaboratory studies, proficiency testing, measurement uncertainty, traceability had to be introduced. They are all encompassed in the analytical quality assurance management a laboratory should implement. These concepts are strongly connected to statistical techniques. This branch of analytical chemistry that consists in extracting relevant information from data using statistical and mathematical methods adapted to the specific needs for the chemists is called chemometrics. Quality is an essential preoccupation of chemometrics but it cannot be only limited to these aspects. Chemometrics relates also to other topics such as experiments and experimental design methodologies, (new) knowledge about chemical systems. Chemometrics and quality This thesis treats several aspects and new approaches of quality assurance for an ultra-trace contaminant laboratory: external method validation through interlaboratory studies and estimation of repeatability, reproducibility and trueness using simple statistics based on normal distributions (ISO 5725) but also more complex statistical tests for heavily tailed, skewed or even bimodal distributions; the production and the use of a reference material for internal validation and internal quality control (QC) purposes; advanced statistics in quality control chart and multi-level control charts for sensitive detection of bias; proposal of quality criteria for assessment of proficiency of dioxin laboratories; proposal of benchmark precision for internal validation purposes; estimation of measurement uncertainty. The thesis is divided in the following chapters: Chapter 1 is a general introduction for dioxins and related compounds. It consists of a brief introduction to general characterization, mechanism of toxicity, human exposure and European legislation in food and feed. Chapter 2 provides an overview of the analytical procedures for mass spectrometry based methods. It gives a brief summary of the most frequently used techniques to extract and purify PCDDs, PCDFs and dioxin-like PCBs (DL-PCBs) from food and feed matrices. Regarding detection, special attention of the principles of detection and quantification by HRMS in selected ion monitoring mode (SIM) and the quadrupole ion storage low resolution mass spectrometer in MS/MS mode is addressed. Chapter 3 discusses the development and optimization of a large volume injection (LVI)-gas chromatography (GC)-ion trap MS/MS method as an alternative to GC-HRMS for the measurement of PCDD/Fs in food and feed. Instrumental detection limits were lowered by a factor 2 to 3 with the development, in collaboration with the manufacturer, of a system of damping gas pressure inside the trap that improves precursor ions trapping efficiency. We achieved 5:1 signal to noise with the injection of 200 fg of 2,3,7,8 TCDD. With slight adjustments to sample size and final extract volume, we demonstrated on QC samples the good agreement between this method and the reference GC/HRMS method for PCDD/Fs and DL-PCBs in food and feed. In chapter 4, the first European inter-laboratory study on dioxins, furans and dioxin-like PCBs using the HRGC/HRMS method in animal feed samples is described with two main objectives. The first objective was to produce a reference material for internal validation and QC purposes. The second objective was to assess the analytical performances of the GC-HRMS method close to maximum levels as no data were available at that time and to check whether EU directives requirements were met. Chapter 5 is a general discussion on the capability of the state-of-the-art HRGC/HRMS method to provide reliable results at decreasing maximum levels. Levels have to decrease according to EU policy regarding human exposure to those contaminants. In this case, we present the issue from a different angle, i.e. the analytical point of view for the future establishment of target levels. Based on the results of PCDD/Fs and DL-PCBs interlaboratory study in animal feedingstuffs described in chapter 4, we demonstrated for the sum of the 17 PCCD/Fs toxic congeners that reliable results can be easily provided up to a value of 0.17 ng WHO-TEQ/kg. The ability to reliably quantify a minute trace of these contaminants has been pointed out with the aim of providing an analytical benchmark for the future establishment of target dioxin levels in animal feedingstuffs. Hence, both analytical and toxicological aspects should be examined together to set realistic target levels achievable for most dioxin laboratories involved in monitoring programs. One of the central themes of this thesis is the establishment of an empirical relationship between reproducibility standard deviation and the dioxin congeners level in food and feed. Chapter 6 deals with raw data from numerous performances interlaboratory studies of PCDD/Fs and DL-PCBs in food and feed. Striking linear functions in log scale between reproducibility standard deviation and congeners level over a concentration range of 10-8 to 10-14 g per g fresh weight were observed. The data fit very well to a Horwitz-type function of the form sR = 0.153c0.904, where sR and c are dimensionless mass ratios expressed in pg/g on fresh weight, regardless of the nature of the toxic congeners, food and feed matrices, or sample preparation methods. I called this relationship the dioxin function. One of the main features of the dioxin function could be its use as a suitable fitness-for-purpose criterion for dioxins and related compounds in proficiency testing (PT) exercises. We illustrated its use with practical example with data from the largest international PT in this field. Another application is its use as benchmark precision criteria for internal validation. Chapter 7 discusses the role of internal quality control (IQC) to monitor analytical processes. Introducing new QC methods derived from the industrial practice to analytical chemistry, improving data evaluation and allowing to detect shifts or trends, are elements that are difficult to point out with classical approach (Shewhart chart). The importance of ARL (average run length) as a key-criteria of the efficiency of a quality control procedure will be emphasized. The introduction of the multivariate approach of multilevel control with the Hotelling's T2-test will lead to a better detection of random errors than the independently managed conventional Shewhart charts. Moreover, the Exponentially Weighted Moving Average (EWMA) will offer a flexible tool for detecting the inacurracy of a method, especially where small shifts or bias are of interest. All these concepts, recently introduced in clinical chemistry, were applied here for the monitoring of PCDD/Fs and DL-PCBs in food and feed. Chapter 8 introduces the concept of measurement uncertainty (MU). Three top-down approaches for uncertainty estimation are proposed on the example of the GC-HRMS method for PCDD/Fs and DL-PCBs in various food and feed matrices: the approach which combines long-term precision and trueness data to obtain an estimate of MU (Barwick and Ellision method); the approach which uses the reproducibility estimate from interlaboratory-studies as uncertainty estimate; the concept of accuracy profile used in the context of validation and internal quality control to assess MU. Chapter 9 presents a general conclusion

Un certain nombre d'études ont étudié le lien entre cancer du sein et exposition aux dioxines et au cadmium. Toutefois, les résultats de ces études ne sont pas concluants et présentent des limites méthodologiques. L'objectif principal de cette thèse était de développer un indicateur spatial permettant d'estimer les expositions atmosphériques chroniques aux dioxines et au cadmium des femmes issues de la cohorte E3N en France, entre 1990 et 2008. Nous avons créé une base de données de 2620 sources de dioxines et 2700 sources de cadmium et estimé et géolocalisé leurs émissions. L'estimation des émissions à la source et leur localisation ont servi de base pour la construction de l'indicateur spatial. Nous avons identifié une sélection de paramètres permettant d'obtenir un accord « substantiel » entre les classifications des expositions des femmes de la cohorte E3N, localisées à l'adresse de résidence, estimées avec l'indicateur, et avec le modèle gaussien SIRANE. En utilisant le modèle SIRANE, nous avons également étudié la variabilité spatio-temporelle (1990-2008) des concentrations de dioxines et de cadmium sur la métropole de Lyon. Pour la première fois des concentrations modélisées ont été comparées à des mesures de concentrations de dioxines en air ambiant. L'indicateur développé dans cette thèse a été utilisé pour estimer le risque de cancer du sein associé à l'exposition atmosphérique aux dioxines dans une étude cas-témoins niché au sein de la cohorte E3N. Il est utilisé actuellement dans une étude sur le lien entre exposition au cadmium et risque de cancer du sein, et pourra être appliqué dans de futures études portant sur d'autres polluants ou d'autres pathologies / A number of studies have examined the link between breast cancer and exposure to air pollution, including dioxins and cadmium. However, the results of these studies are inconclusive and present a number of methodological limitations. The main objective of this thesis was to develop a spatial indicator to assess chronic atmospheric exposure to dioxins and cadmium of women from the E3N cohort in France between 1990 and 2008. We first performed an inventory and created a database of 2620 dioxins and 2700 cadmium emitting sources in France between 1990 and 2008 and estimated and geolocated their annual emissions. The location of the sources and their estimated emissions were used as the basis for the construction of the indicator. Combination of additional spatial parameters, allowed us to obtain a "substantial" agreement between the dioxin and cadmium exposure classifications of the E3N subjects geolocalised at their residential address, using the estimated bythe indicator and exposures estimates derived from the Gaussian model. We also evaluated the spatial-temporal variability of dioxin and cadmium concentrations over nearly two decades in the Lyon metropolitan area, taking into account a wide variety of source types. This is the first study comparing concentrations predicted by a dispersion model to dioxin concentrations measured in ambient air. The exposure indicator was used in a case-control study within the E3N cohort to estimate the risk of breast cancer associated with atmospheric exposure to dioxins. It is currently being used in another study on cadmium exposure and breast cancer risk and may be applied in future studies on other pollutants or pathologies

Célèbres depuis l'accident de Seveso en 1976, les dioxines/furanes (PCCD/F) restent, malgré une forte baisse de leurs émissions, un sujet de préoccupation permanent en France et dans le monde. Le rémanence de ces composés organochlorés dans le sol et le risque toxique qu'ils représentent pour l'homme et l'environnement font que la gestion et la remédiation des sols contaminés par les PCDD/F sont devenues une priorité des industriels, législateurs et scientifiques. La phytoremédiation compte parmi les méthodes émergentes de dépollution des sols contaminés en raison de son adéquation avec le développement durable. Elle combine les capacités naturelles des plantes et de leur microbiote rhizosphérique à biodégrader les polluants organiques. Cependant, l'efficacité de cette phytotechnologie est encore souvent limitée, en particulier lorsqu'il s'agit de composés chlorés, à cause de leur récalcitrance, de leur phytotoxicité et leur faible biodisponibilité dans le sol. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse a consisté à étudier les performances de la phytoremédition assistée, en particulier par les champignons mycorhiziens arbusculaires, d'un sol agricole historiquement pollué par les PCDD/F prélevé sur une parcelle expérimentale située à proximité d'un ancien incinérateur. L'ensemble des résultats obtenus mettent en évidence, en particulier, le potentiel de deux espèces végétales, la luzerne et la fétuque, dans la rhizodégradation des PCCDD/F. La végétalisation du sol permet de moduler les communautés microbiennes du sol (bactéries, Archées et champignons) et notamment celles qui semblent impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. En revanche, bien que la mycorhization agisse sur les communautés microbiennes du sol, celle-ci n'a pas eu d'impact, dans nos conditions expérimentales, sur la dissipation des PCCDD/F quelles que soit l'origine de l'inoculum utilisé et les espèces mycorhiziennes qui le compose. La dégradation de ces composés organochlorés est plus marquée dans un sol préalablement stérilisé, puis recolonisé par certaines communautés microbiennes spécifiques, impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. L'utilisation combinée d'un mélange de rhamnolipides avec l'introduction dans le sol d'une bactérie Sphingomonas wittichii RWI, décrite pour ses capacités de dégradation des PCCDD/F, permet d'accroitre l'efficience de la rhizodégradation des PCDD/F qui se traduit par une baisse significative de la cytotoxicité du sol après phytoremédiation. / Famous since the Seveso accident in 1976, dioxins/furans (PCCD/F) remain, despite a sharp decline in emissions, a subject of permanent concern in France and in the world. The remanence of these organochlored compounds in soil and the toxic risk they represent for humans and the environment mean that the management and remediation of PCDD/F contaminated soil has become a priority for industrialists, legislators and scientists. Phytoremediation is one of the emerging depollution methods of contaminated soils due to Its suitability for sustainable development. It combines the natural capacities of plants and their rhizospheric microbiota to biodegrade organic pollutants. However, the effectiveness of this phytotechnology is still often limited, especially in the case of chlorinated compounds, due to their recalcitrance, phytotoxicity and low bioavailability in the soil. Thus, the thesis aims to study the performance of assisted phytoremission, in particular by mycorrhizal fungi, of an agricultural PCDD / F based-polluted soil from an experimental plot near an old incinerator. The results obtained show the potential of two plant species, alfalfa and tall fescue, in the rhizodegradation of PCCDD/F. Soil vegetation shows to modulate soil microbial communities (bacteria, archaea and fungi) includind those that appear to involved in the dissipation of the PCCDD/F. On the other hand, although mycorrhization affects soil microbial communities, it has not had any impact on the dissipation of PCCDD/F in our experimental conditions, whatever the inoculums origin and the mycorrhizal species which compose it. The degradation of these organochlorined compounds is more significant in a previously sterilized soil and then recolonized by specific microbial communities involved in the PCCDD/Fdissipation. The combined use of rhamnolipids mixture and Sphingomonas wittichii RWI bactrerium described for its degradation capabilities of PCCDD/F makes it possible to increase the efficiency of PCDD/F rhizodegradation which results in a significant decrease in soil cytotoxicity after phytoremediation.

L'incinération des ordures ménagères entraine la formation de dioxines. Ces composés sont reconnus comme toxiques voire cancérigènes. La connaissance des quantités émises en temps réel est donc nécessaire. Ces travaux de thèses s'inscrivent dans une étude globale d'un dispositif permettant l'analyse en ligne des dioxines grâce à un système pré-concentrateur utilisant l'adsorption sélective de congénères toxiques sur des zéolithes, supportant la thermo-désorption, et un analyseur en masse. Dans un premier temps, les enjeux sont exposés. Puis une étude des écoulements dans les milieux poreux a pour but de déterminer quelle est la meilleure mise en forme des zéolithes pour favoriser l'adsorption en phase gazeuse dynamique. Ensuite, la mise en place et la caractérisation d'un système de génération de dioxines en phase gazeuse sont détaillées. Cette source est ajustable en concentration et en débit, permettant des études d'adsorption en laboratoire. Les premiers essais d'adsorption en phase gazeuse montrent, en accord avec les prédictions de la première étude, l'importance d'un adsorbant régulier de faible granulométrie. L'analyse par thermodésorption des dioxines piégées sur des grains de FAU [NaX] est réalisée en quelques heures. La facilité d'utilisation de zéolithes dans un système de prélèvement comme adsorbants et leur analyse par les méthodes de la norme EN 1948 a été prouvée lors de deux campagnes sur une unité d'incinération d'ordures ménagères. Ces travaux ont montré que l'analyse quotidienne en ligne des dioxines est d'actualité et pertinente.

Ce travail de thèse est axé sur l'élaboration de techniques de bioremédiation des sols contaminés par les Polluants Organiques Persistants (POP) en particulier sur deux familles de polluants : les Hydrocarbures Aromatiques Polycyliques et les dioxines (PCDD/F). La dégradation des POP présente deux obstacles majeurs à l'efficacité des traitements biologiques par voie fongique : la faible biodisponibilité des POP et la difficulté d'amorcer l'oxydation de molécules aussi stables chimiquement. Afin de lever ces verrous technologiques, nous proposons de coupler une oxydation chimique douce à l'oxydation biologique par les champignons telluriques saprotrophes et d'utiliser l'amidon pour améliorer la proximité spatiale entre le polluant et les réactifs d'oxydation. La première partie de ce travail de thèse consiste à fonctionnaliser de l'amidon de pomme de terre par la 1,4-butane sultone et l'anhydride 2-octén-1-ylsuccinique selon différentes conditions de synthèses. En comparaison avec l'amidon natif, un des produits obtenus, P9*, possède des propriétés surfactantes très intéressantes pour notre étude. En effet, P9* augmente la solubilité aqueuse de l'amidon par un facteur de 35 (22,60 g.L⁻¹) et stimulent 33 fois la solubilisation aqueuse du benzo[a]pyrène (BaP). Pour la seconde partie, l'utilisation d'un système d'étude simplifié où le champignon est cultivé en milieu minéral en conditions axéniques nous a permis de déterminer les paramètres (souche fongique, type et dose d'oxydant chimique) optimaux pour l'élaboration d'une méthode de dégradation des POP au laboratoire. Des études comparatives de dégradation du BaP sont donc réalisées in vitro par différents processus d'oxydation chimique (réaction de Fenton) et/ou biologique. Le couplage des deux procédés conduit à une dégradation du PaP de 40,0%. De plus, l'encapsulation du BaP par les nanosphères d'amidon P9* permet une dégradation du polluant de 64,6% par le réactif de Fenton. Deux souches fongiques (Penicillium brasilianum et Fusarium solani) sont ensuite utilisées pour des essais de dégradation conduits au laboratoire en microcosmes de sols historiquement contaminés par les PCDD/F. L'inoculation de la souche endogène P. brasilianum en présence de copeaux de carton comme agent structurant a conduit à une diminution de la toxicité des PCDD/F de 40,5% après seulement 2 mois d'incubation par rapport au sol témoin. Ce travail de thèse ouvre ainsi de nouvelles perspectives de techniques de remédiation des sols pollués par les POP à faible coût économique et respectueuses de l'environnement. / This thesis work deals with the development of bioremediation techniques for contaminated soils by Persistent Organic Pollutants (POPs) such as : Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and dioxins (PCDD/F). The degradation of POPs has two main obstacles to efficient biological treatments by fungi : the low bioavailability of POPs and the difficulty of initiating the oxydation of molecules as stable as others. To overcome these technological barriers, we propose to couple a mild chemical oxidation to biological oxidation by saprotrophic telluric fungi and to use starch to improve the spatial proximity between the pollutant and oxidizing reagents. The first part of this study is to functionalize native potato starch by 1,4-butane sultone and 2-octenyl-1-succinic anhydride according to different synthesis conditions. In comparison with native starch, one of the processed products, P9*, has very interesting surfactant properties for our study. Indeed, P9* increases starch apparent aqueous solubility by a factor of 65 (22.60 g.L⁻¹) and stimulates 33-fold benzo[a]pyrene (BaP) aqueous solubilization. For the second part, the use of a simplified study system where the fungus is cultivated in mineral medium under axenic conditions allowed us to determine the best parameters (fungal strainsn type and dose of chemical oxydant) for the development of a POPs degradation method in the laboratory. Comparative studies of BaP degradation are therefore carried out in vitro by different processes of chemical (Fenton's reagent) and/or biologial oxidation. The coupling of the two processes leads to a BaP degradation of 40.0%. Moreover, the BaP encapsulation by starch nanospheres P9* allows a pollutant degradation of 94.6% by the Fenton reagent. Two fungal strains (Penicillium brasilianum and Funsarium solani) are then used for the degradation lab experiment in historically PCDD/F contaminated soil microcosms. the inoculation of the endogene strain P.brasilianum in presence of cardboard chips as a bulking agent led to a decrease in PCDD/F toxicity of 40.5% after only two months of incubation compared to the controm soil. This PhD work draws new perspectives for remediation techniques of contaminated soils by POPs that are cost-effective and environmentally friendly.

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme et son incidence a doublé ces 30 dernières années. Les facteurs environnementaux à effet perturbateur endocrinien, tels que les dioxines émises par les activités de combustion industrielle, sont suspectés d'augmenter le risque de cancer du sein. L'alimentation et l'inhalation sont les deux voies majeures d'exposition aux dioxines chez l'Homme. Les données épidémiologiques sur le sujet sont non concluantes, et il existe des limites méthodologiques. Ce travail doctoral avait pour objectif d'étudier l'impact de l'exposition aux dioxines sur le risque de cancer du sein dans la cohorte E3N, en répondant aux limites des études existantes.Nous avons évalué l'exposition alimentaire aux dioxines puis estimé le risque de cancer du sein associé parmi les femmes de la cohorte E3N. Nous avons ensuite développé un score d'exposition basé sur un système d'information géographique, associant la distance à la source, la durée d'exposition et la fréquence de vent dominant, afin d'évaluer l'exposition environnementale aux dioxines à chaque adresse des femmes entre 1990 et 2008. Le risque de cancer du sein associé au score d'exposition cumulé a été estimé dans une étude cas-témoins nichée dans la cohorte E3N, parmi les femmes ayant résidé en Rhône-Alpes. Aucune association n'a été observée, à l'exception d'une diminution du risque de cancer du sein hormono-indépendant, retrouvée de façon significative dans l'étude alimentaire. Cette dernière observation est cohérente avec des données expérimentales. Dû à un manque de puissance statistique pour l'exposition aérienne, nos résultats demandent confirmation au niveau national / Breast cancer (BC) is the first malignancy among women. Its incidence has doubled over the past 30 years. Environmental factors with endocrine disruptive properties, such as dioxins emitted from industrial combustion processes, are suspected to affect BC risk. Ingestion of contaminated food and inhalation are the major exposure routes in humans. Epidemiological evidence on the association between dioxin exposure and BC risk remains inconclusive due to methodological limitations. The aim of the thesis was to investigate the association between dioxin exposure and BC risk in the E3N prospective cohort, filling current methodological gaps.First, we assessed the association between estimated dietary dioxin exposure and BC risk among women from the E3N cohort. Second, we developed a geographic information system (GIS)-based metric to assess airborne dioxin exposure at the individual address level, including proximity to and technical characteristics of industrial sources, exposure duration and prevailing wind frequency. The metric was then applied to each E3N women’s addresses from 1990 to 2008, and airborne dioxin exposure was estimated for cases and matched controls from a cohort sub-population (the Rhône-Alpes region). Third, we estimated BC risk associated with cumulative airborne dioxin exposure. Overall, no statistically significant association was observed, except for a decrease in hormone-independent BC risk. The latter was significant for dietary dioxin exposure. For airborne exposure, we might have lacked statistical power and confirmation at the national level is required. The inverse association with ER-negative BC risk is consistent with experimental evidence