Les épidémies de gastro-entérite aigüe liées à l’eau du robinet demeurent un enjeu de santé publique au 21ème siècle dans les pays développés. La majorité des dispositifs de surveillance mis en place dans les pays se caractérisent par une sous-déclaration. En France, l’amélioration de la surveillance de ces évènements repose sur l’exploitation des données de l’Assurance Maladie. L’objectif de notre travail est de proposer une méthode pour améliorer la sensibilité et la spécificité de la détection des épidémies de gastro-entérite aigüe d’origine hydrique. Trois études ont été menées pour i) évaluer la capacité des données de l’Assurance Maladie à décrire des épidémies de gastro-entérite aigüe d’origine hydrique, ii) adapter une méthode de détection spatio-temporelle en intégrant l’exposition à l’eau du robinet, iii) évaluer les performances de cette méthode. Notre travail a permis de développer une méthode de détection spatio-temporelle des épidémies hydriques en tenant compte des unités géographiques de distribution d’eau avec une bonne sensibilité et une bonne valeur prédictive positive. Les performances de détection sont principalement liées à la taille de l’épidémie. La capacité des données de l’Assurance Maladie à détecter des épidémies d’origine hydrique peut être influencée par les habitudes de recours aux soins, la sensibilisation de la population au risque infectieux d’origine hydrique et le niveau d’agrégation temporel des cas de gastro-entérite aigüe. La finalité de nos travaux de recherche est l’application opérationnelle pour la détection automatisée des épidémies hydriques dans une finalité de prévention et de réduction de leur impact sanitaire. / Waterborne disease outbreaks (WBDO) of acute gastrointestinal illness remain a public health concern in the 21st century in developed countries. Almost all surveillance systems implemented in countries are characterized by underreporting. In France, the improvement of monitoring these events is based on the use of data from the French Health Insurance. The aim of our work was to propose a method to improve the sensitivity and specificity of the detection of WBDO. Three studies were conducted to i) evaluate the ability of French Health Insurance data to describe WBDO ii) apply a method of space-time detection by integrating the exposure to tap water, iii) evaluate the performance of this method. Our work allowed developing a method of space-time detection of WBDO by taking into account geographical units for drinking water networks units with a good sensitivity and positive predictive value. The performances for detection are mainly related to the size of the epidemic. The ability of the data from the French Health Insurance to detect WBDO can be influenced by the health-seeking behavior of people, awareness of the population to the risk of WBDO and the temporal aggregation level of cases of acute gastrointestinal illness. The purpose of our research is to carry out an operational design for the automated detection of WBDO in a purpose of prevention and reduction of health impact.

The Peace River Valley (British Columbia, Canada) is an area of intensive unconventional oil and gas (UOG) exploitation, an activity that can release contaminants with possible adverse effects on the fetus. My project aimed to estimate the importance of this exposure. For this aim, we 1) measured concentrations of 21 trace elements in tap water and biological (hair, urine, nails) samples from 85 pregnant women in this region; 2) compared them with those from the general population and health-based guidance values; 3) assessed their correlations between matrices; and 4) evaluated their associations with the density and proximity of UOG wells (i.e., wells within radii of 2.5 km, 5 km, 10 km, and with all wells in British Columbia around residences). Spearman's rank correlation and multiple linear regression analyses adjusted covariates were performed. Our results showed higher urinary and hair levels of certain trace elements compared to reference populations (e.g., Co, Ba, Sr, Mn, V, Ga). Concentrations in tap water correlated strongest with concentrations in hair, followed by nails and urine. Positive (e.g., Al, Mn, Cu, Ga, Cd, Ba, Cr, Sr, U) and negative (e.g., Fe) associations were observed between the density and proximity of UOG wells and the concentrations of certain trace elements in tap water, hair, and nails. Our results suggest that pregnant women living in an active area of UOG exploitation are likely to be more exposed to certain trace elements than the general population, but the association with density and proximity to wells remains uncertain. / La vallée de la rivière de la Paix (Colombie-Britannique, Canada) est une zone d’exploitation de pétrole et de gaz naturel par méthodes non-conventionnelles (PGNNC), une activité qui est susceptible de libérer des contaminants avec des effets nocifs possibles sur le foetus. Mon projet visait à estimer l’importance de cette exposition. À cette fin, nous avons 1) mesuré les concentrations de 21 éléments traces dans des échantillons de cheveux, d'ongles, d'urine et d'eau du robinet de 85 femmes enceintes de cette région, 2) comparé celles-ci avec celles de la population générale et des valeurs-guides, 3) évalué leur corrélation entre matrices et 4) évalué leur association avec la densité et proximité des puits (mesures pour des rayons de 2,5 km, 5 km, 10 km, et sans limite autour des résidences). Des analyses de corrélation de Spearman et de régression linéaire multiple ajustées pour certaines variables ont été effectuées. Les concentrations urinaires et capillaires étaient plus élevées pour certains éléments traces par rapport aux populations de référence (p. ex. Co, Ba, Sr, Mn, V, Ga). Les concentrations dans l'eau du robinet étaient plus fortement corrélées avec les concentrations dans les cheveux, suivis des ongles et de l'urine. Des associations positives (p. ex. Al, Mn, Cu, Ga, Cd, Ba, Cr, Sr, U) et négatives (p. ex. Fe) ont été observées entre la densité/proximité des puits de PGNNC et les concentrations de certains éléments traces dans les échantillons d'eau, de cheveux et d’ongles. Nos résultats portent à croire que les femmes enceintes vivant dans une zone active de PGNNC sont susceptibles d’être plus exposées à certains éléments traces que la population générale, mais le lien avec la densité et la proximité des puits demeure incertain.

Il apparaît au grand jour que de nombreuses substances telles que les perturbateurs endocriniens sont introduites quotidiennement dans l’environnement. Ces molécules organiques bien souvent d’origine anthropique peuvent être employées dans d’innombrables circonstances : pharmaceutique, médecine, agriculture, cosmétique, agroalimentaire pour citer quelques exemples. Parmi ce large panel de composés, se trouvent les hormones stéroïdiennes. Un certain nombre de maladies et de modifications aussi bien comportementales que physiologiques tant chez l’humain que sur la faune aquatique sont attribuées à l’usage et aux rejets chroniques de ces perturbateurs endocriniens. Il est donc indispensable de développer une approche portée sur la prévention et l’étude des niveaux de contamination selon un seul maître-mot : précaution. Dans ce contexte, ce projet de doctorat visait à développer de nouvelles méthodes de détection des hormones stéroïdiennes à niveau ultra-trace dans diverses matrices environnementales. La sélection des composés ciblés dans ce projet s’est basée sur la nouvelle liste de perturbateurs endocriniens prioritaires de l’agence de protection de l’environnement des États-Unis (US EPA), récemment élargie à d’autres classes de substances dont le bisphénol A. Les méthodes analytiques ont été développées non seulement dans l’eau du robinet (EPA 539), mais également dans d’autres matrices plus complexes (eaux de surface, eaux usées). Commune à l’ensemble des procédures testées, la phase de validation analytique a permis de vérifier la conformité avec les exigences de performance de l’EPA. La première méthode mise au point repose sur une pré-concentration rapide de l’échantillon par extraction sur phase solide en ligne (on-line SPE) couplée à la chromatographie liquide à ultra-haute performance (UHPLC) et à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). La méthode validée présente de nombreux avantages—reproductibilité, automatisation, temps d’analyse minimal, logistique réduite et surtout des limites de détection de 0,10 ng·L-1 à 7,5 ng·L-1 selon les différentes matrices étudiées. Cette méthode apparaît particulièrement adaptée pour la détection des hormones dans les eaux usées, en lien avec les plus fortes concentrations attendues. Cependant, il est apparu pertinent d’améliorer encore la sensibilité des méthodes dans certains contextes, notamment dans le cadre des iv analyses d’eau de surface, compte tenu des critères de qualité applicables. La principale modification fut apportée au niveau de l’extraction et de la purification des échantillons. Amendée à la faveur des différentes matrices, l’étape d’extraction par SPE hors-ligne automatisée (off-line SPE) a permis d’atteindre des limites de détection adéquates variant de 0,010 ng·L-1 à 6,0 ng·L-1 dépendamment de la matrice et du composé. Un aspect original de cette étude a consisté à étudier de façon plus systématique les facteurs de robustesse de la méthode lorsque soumise à certaines variations, tant au niveau de l’analyse instrumentale (phases mobiles, volume d’injection) que des protocoles (emploi de différents agents de conservation, par exemple). L’analyse de la phase dissoute ne saurait être suffisante pour comprendre le devenir environnemental des perturbateurs endocriniens dans les milieux aquatiques, notamment leur distribution. Dans cette optique, la phase particulaire en suspension dans la colonne d’eau (SPM) fut également étudiée après optimisation et validation de la méthode d’extraction. Les limites de détection obtenues étaient comprises entre 0,10 ng/g et 3,0 ng/g, un degré de performance adéquat au regard des teneurs attendues dans l’environnement. De telles méthodes ne trouveraient pas de fondement si elles n’étaient pas employées à l’analyse d’échantillons réels. C’est pourquoi, pour chaque méthode développée, une série d’échantillons d’eau a été analysée pour toutes les matrices étudiées. La quantification des hormones stéroïdiennes a permis de rendre compte des niveaux de concentrations retrouvés dans l’environnement. Une étude saisonnière d’un cours d’eau a également été réalisée durant quatre saisons (hiver, printemps, été et automne) afin d’évaluer les éventuelles variations saisonnières en termes d’occurrence et de concentration. / It is now admitted that many substances such as endocrine disruptors are released daily into the environment. This process can be of natural origin but is predominantly linked to human activity. Endocrine disruptors originate from numerous fields: medicine, agriculture, cosmetics, and the food industry, to name a few. Steroid hormones belong to this wide array of compounds. A significant number of human diseases and behavioral and physiological changes in both humans and aquatic life have been attributed to the use and chronic release of these endocrine disruptors. The effects of such a cocktail of substances are difficult to understand and evaluate. To date, the synergistic mechanisms or the potential cumulative effects are not well known. It remains essential to develop an approach focused on the prevention and the study of contamination levels with one key word in mind: precaution. In this context and aiming to detect steroid hormones in tap water, surface water and wastewater at trace levels, new analytical methods have been developed within the framework of this project. The first method developed is based on high performance liquid chromatography (HPLC) coupled with tandem mass spectrometry (MS / MS). LC-MS/MS hyphenation involved using an electrospray ionization source at atmospheric pressure with heating element (H-ESI). Pre-concentration and purification of the samples were executed by on-line solid phase extraction (on-line SPE). The validated method presents several advantages: reproducibility, automation, minimum analysis time, reduced logistics and above all, detection limits ranging from 0.10 ng·L-1 to 7.5 ng·L-1 considering the different matrices studied. The second approach proposed herein is based on the development of an analysis method allowing lower detection limits compared to the previous workflow. The same detection method was used, but a modification was made to the sample extraction and purification. Allowing for greater pre-concentration than online SPE, manual SPE (off-line SPE) was used in this method. Depending on the particular matrix, the extraction step allowed to reach adequate detection limits for the analysis of environmental aqueous samples: 0.010 ng·L-1 up vi to 6.0 ng·L-1 from the matrix-free sample to the most complex matrices. The use of an automated system also made it possible to make the extraction step robust and reproducible. The analysis of the dissolved phase of water samples cannot be sufficient to understand and comprehensively assess the contamination of aquatic environments. The particulate phase in suspension in the water column (SPM) was also studied. The extraction method was optimized and validated. Coupled with the previous method of analysis, it was possible to quantify the steroid hormones attached to suspended materials. The obtained detection limits ranged from 0.10 ng/g to 3.0 ng/g dry weight. For each developed method, dissolved phase samples were analyzed for all the studied matrices (tap water, surface water and wastewater). Quantification of steroid hormones allowed the comprehension of concentration levels found in the environment under usual discharge conditions in multiples matrices. A seasonal study of a watercourse was also carried out during the winter, spring, summer and fall seasons to observe possible seasonal variations in terms of occurrence and concentration.