Titre de l'écran-titre (visionné le 27 avril 2023) / Une eau de qualité adéquate est essentielle au maintien de la vie aquatique et à un approvisionnement en eau potable salubre. La plupart des travaux passés portant sur la qualité de l'eau des rivières reposent sur des échantillonnages occasionnels, ce qui peut entraîner une incertitude considérable lors de l'estimation des charges en polluants à l'échelle annuelle. L'objectif de cette étude est d'identifier et quantifier l'impact des conditions hydrométéorologiques (e.g. pluie et fonte de la neige) sur les paramètres physico-chimiques de l'eau de rivière d'un bassin versant mixte agricole-forestier à partir d'observations à haute fréquence. Le site d'étude est le bassin versant de la rivière Beaurivage de 709 km² dans le sud du Québec (46,66°N; 71,29°O), en amont d'une importante prise d'eau municipale, et dont l'occupation du sol est dominée par la forêt (52%) et des champs agricoles (41%). Une campagne de terrain a eu lieu de décembre 2020 à mars 2022, avec des mesures en continu du débit, de la turbidité et de la conductivité électrique dans l'eau, et le suivi des conditions météorologiques. Au cours de 12 événements hydrométéorologiques associés à la dégradation de la qualité de l'eau (10 événements de pluie et 2 crues printanières), des mesures intensives de plusieurs paramètres de la qualité de l'eau ont été effectuées. Nos résultats montrent qu'il est possible d'estimer la concentration en azote total, en matière en suspension et en phosphore total à partir d'une relation empirique avec le débit. Pour chacune de ces relations, un point de rupture à 18,4 m³ s⁻¹ suggère qu'il y a deux phases ou plus dans la dynamique de transport des contaminants. Il est aussi possible d'estimer la concentration en carbone organique total à partir de la conductivité, et le nombre le plus probable de Escherichia coli dans l'eau à partir de la turbidité. Les résultats indiquent aussi que la charge événementielle de l'azote total, du carbone organique total, de la matière en suspension et du phosphore total peut être estimée par une relation empirique avec le 3ᵉ quartile de la distribution des débits enregistrés pendant un événement. Enfin, le bilan de la charge totale annuelle pour l'année 2021 est de 1 [0,5, 1,4] tonne N km⁻² pour l'azote total, de 14 [9, 18] tonnes C km⁻² pour le carbone organique total, de 34 [20, 70] tonnes km⁻² pour la matière en suspension et de 90 [55, 171] kg P km⁻² pour le phosphore total. / An adequate water quality is essential to maintain aquatic life and to supply safe drinking water. Most studies on river water quality are based on occasional sampling, which can bring considerable uncertainty when estimating pollutants concentrations or annual loads. The objective of our research is to identify and quantify the impact of hydrometeorological conditions (e.g. rain and snowmelt) on physico-chemical parameters of a river in a mixt agricultural-forest watershed based on high frequency observations. The study site is the Beaurivage river watershed (709 km² ) in the south of the province of Québec (46,66°N; 71,29°W). This watershed is mostly occupied by forest (52%) and agricultural fields (41%), and it is located upstream of a drinking water facility. A field campaign took place between December 2020 and March 2022 to obtain continuous measurement of the river flow, turbidity and electric conductivity, and the monitoring of meteorological conditions. During 12 hydrometeorological events associated with water quality degradation (10 rain and 2 snowmelt events), measurements of multiple water quality parameters have been carried out. Our results show that it is possible to estimate total nitrogen, suspended sediments and total phosphorus concentration with an empirical relation with the flow. For each of these relations, a fracture point at 18,4 m³ s⁻¹ suggested that there are two or more phases in the dynamic transport of contaminants. Also, it is possible to estimate the total organic carbon concentration with a relation using the conductivity, and the most probable number of E. coli in the river water using the turbidity. The results also indicate that the event load of total nitrogen, total organic carbon, suspended sediments and total phosphorus can be estimated with a empirical relation using the 3ᵗʰ quartile of the event flow distribution. Finally, the total annual load for the year 2021 is 1 tonne N/km² for the total nitrogen, 14 tonnes C/km² for the total organic carbon, 34 tonnes/km² for the suspended sediments and 90 kg P/km² for the total phosphorus.

Sur le site minier de Milluni (Bolivie, Altiplano, 4800 m asl), la contamination des eaux de surface et des sédiments par les métaux lourds a été étudiée en combinant des approches géochimiques, minéralogiques et hydrochimiques. Pour les différents métaux, les sources minérales de la contamination ont été établies, ainsi que les processus géochimiques d'altération des minéraux primaires en minéraux tertiaires. La compréhension des mécanismes géochimiques en jeu et les bilans réalisés ont permis de déterminer les origines et les modes de transport et de contrôle des métaux dans cet environnement. Enfin, les carottages des sédiments lacustres et des tourbières ont permis d'évaluer l'évolution historique de la contamination en métaux lourds, notamment au cours du siècle dernier.

Les alkylphénol-polyéthoxylés et les substances pharmaceutiques appartiennent à la classe des contaminants émergents qui sont depuis peu étudiés dans les milieux naturels. Ces composés d’usage très répandu (aussi bien en termes d’applications qu’en termes de quantité) sont introduits dans le milieu aquatique, via les stations d’épuration, principalement et sont susceptibles d’engendrer des effets toxiques sur les organismes vivants dans ces milieux. La première partie de ce travail de thèse a consisté en le développement et la validation de différentes méthodologies d’échantillonnage (ponctuel et intégratif (POCIS)), de différents protocoles d’extraction (SPE, extraction assistée par micro-ondes) et d’analyse (CL/SM, CL/SM/SM), nécessaires pour un dosage fiable des alkylphénol-polyéthoxylés et des substances pharmaceutiques dans les différents compartiments des systèmes aquatiques (phases dissoute, particulaire et sédimentaire, organismes biologiques). Ensuite, un bilan de la contamination de différents systèmes aquatiques (le bassin de d’estuaire de Seine, la Garonne et la Gironde, la baie de la Vilaine, la baie de l’Authie, l’Adour, la rade de Marseille) a été dressé. Une contamination généralisée par ces composés a été mise en évidence pour l’ensemble des sites étudiés. Les concentrations mesurées apparaissent extrêmement variables selon la classe de molécule considérée, les sites et le temps avec des concentrations comprises entre le ng.l-1 et la dizaine de µg.l-1 pour les phases dissoutes et de la dizaine de ng.g-1 et la dizaine de µg.g-1 pour les phases solides (plusieurs centaines de µg.g-1 dans les boues d’épuration). Ces études ont également permis de documenter la présence et le devenir des molécules ciblées dans les stations d’épuration et ont permis d’en évaluer l’efficacité quant l’abattement des substances incriminées. Enfin, ces travaux ont également permis de mettre en évidence des phénomènes de partition entre les phases dissoutes et les phases solides ainsi que des phénomènes de transferts vers les organismes du milieu. / Alkylphenol-polyethoxylates and pharmaceutical substances belong to the class of the emerging contaminants which have been recently studied in natural environments. These compounds of very widespread use (in terms of applications as well as in terms of quantity) are introduced into the aquatic environment, via the wastewater treatment plants, mainly, and are likely to generate toxic effects on the living organisms in these systems. The first part of this work consisted in the development and validation of various methodologies of sampling (grab sampling and integrative sampling (POCIS)), of various protocols of extraction (SPE, microwaves assisted extraction) and of analysis (LC/MS, LC/MS/MS), necessary for a reliable quantification of alkylphenol-polyethoxylates and pharmaceutical substances in the various compartments of aquatic systems (phases dissolved, particulate and sedimentary, biological organisms). Then, an assessment of the contamination of numerous aquatic systems (the catchment area of the Seine estuary, the Garonne and the Gironde, the bay of Vilaine, the bay of Authie, the Adour, the Mediterranean coast of Marseilles) was undertaken. A generalized contamination by these compounds was highlighted for all the studied sites. The measured concentrations appear to be extremely variable according to the class of molecule considered, the sites and time with concentrations ranging from the ng.l-1 to tens of µg.l-1 for the dissolved phases and from tens of ng.g-1 to tens of µg.g-1 for the solid phases (several hundreds of µg.g-1 in the clarification sludge). These studies also made it possible to document the presence and the fate of these molecules in the French wastewater treatment plant and made it possible to evaluate their effectiveness to remove the studied compounds. Lastly, this work also made it possible to highlight phenomena of partition between the dissolved phases and the solid phases as well as phenomena of transfers through the biological organisms.

La variabilité de l’intensité du flux d’eaux atlantiques et de la nature des masses d’eau de surface le long des marges occidentales de la Norvège, de la mer de Barents et du Svalbard a été reconstituée sur la base des assemblages de coccolithes et dinokystes présents dans cinq carottes sédimentaires marines représentatives de l’Holocène terminal. Les résultats sont présentés sous la forme de reconstructions qualitatives et quantitatives (fonctions de transfert MAT) à haute résolution temporelle (échelle décennale à sub-séculaire). Un travail visantà valider les traceurs micropaléontologiques utilisés a été réalisé en parallèle à l’objectif principal, et s’est en particulier nourri de la collecte et de l’examen de populations vivantes distribuées le long de plusieurs transectszonaux en mer de Norvège, mer d’Islande et à travers le détroit de Fram.Nos résultats indiquent que la partie orientale des mers Nordiques (66 à 77°N) a été sujette à une tendance globale à l’augmentation du flux d’eaux atlantiques (AW) au cours des derniers 3000 ans. La dynamique récente de ce flux méridien est supposée répondre à la modulation long-terme de la force et de la localisation de la ceinture des vents d’ouest qui est essentiellement pilotée par l’Oscillation Nord Atlantique. Ce même mécanisme atmosphérique réconcilie le déplacement zonal et contradictoire du front arctique entre le domaine ouest-norvégien, et les façades occidentales de la mer de Barents et du détroit de Fram. La variabilité rapide du flux d’AW reproduit la succession des phases climatiques historiques classiques chaudes (Période Chaude Romaine, Période Chaude Médiévale, Période Moderne : flux accentué d’AW) et froides (Période Sombre, Petit Age Glaciaire : flux réduit d’AW) des derniers 2500 ans. Un événènement rapide de renforcement du flux d’AW en mers Nordiques a été identifié pendant le Petit Age Glaciaire entre 330 et 410 ans BP (cal.). Nos résultats indiquent que les variations d’intensité du flux d’AW vers l’Océan Arctique ont eu un impact majeur sur la distribution de la glace de mer arctique au cours du dernier millier d’années, les variations reconstruites de l’extension du couvert de glace à l’echelle de l’océan arctique étant parfaitement corrélées (échelle subséculaire) avec nos reconstructions qualitatives de la dynamique de l’AW au large du Svalbard et de la mer de Barents. La diminution importante de l’extension de la banquise durant le 20ème siècle est synchrone d’un flux record d’AW à travers le détroit de Fram, flux qui, d’après nos données, est sans précédent pour les derniers 3000 ans. / Five marine sediment cores distributed along the Norwegian, western Barents Sea, and Svalbard continental margins have been investigated in order to reconstruct late Holocene changes in the poleward flow of the Norwegian Atlantic Current (NwAC) and West Spitsbergen Current (WSC) and the nature of the upper surface water masses within the eastern Nordic Seas. This research project is based on the use of dinocyst and coccolith assemblages for qualitative and quantitative reconstructions of surface water conditions from high resolution sediment cores, and involve upstream investigations on proxy reliabilities. The investigated area (66 to 77°N) was affected by an overall increase in the strength of the AW flow from 3000 cal. yrs BP to the Present. The long-term modulation of westerlies strength and location which are essentially driven by the dominant mode of the North Atlantic Oscillation (NAO), is thought to explain the observed dynamics of the AW flow. The same mechanism also reconciles the recorded opposite zonal shifts in the location of the Arctic Front between the area off western Norway and the western Barents Sea-eastern Fram Strait region. Submillenial changes in AW flow are organised according to known pre-Anthropocene warm (RWP, MCA and the Modern period: strong poleward flow) and cold (LIA, DA: weak poleward flow) climatic spells. A sudden short pulse of resumed high WSC flow interrupted the LIA in the eastern Nordic Seas from 330 to 410 cal. yrs BP. Our results are indicative of a major impact of AW flow dynamics on the Arctic sea ice distribution during the last millenium, when changes in reconstructed sea-ice extent are negatively correlated with the strength of the WSC flow off western Barents Sea and western Svalbard. The extensive decrease in sea ice extent during the last century is synchronous with an exceptional increase in AW flow. The previously reconstructed high amplitude warming of surface waters in eastern Fram Strait at the turn of the 19th century was therefore primarily induced by an excess flow of AW which stands as unprecedented over the last 3000 years.

Les déficits chroniques en oxygène et l'eutrophisation, conséquence des nombreux apports résultant des activités humaines, ont été mes principales thématiques de recherche. En effet les déterminismes de ces phénomènes ou la quantification des relations de causes à effet restent mal connus. Ma méthode de travail se base sur le développement et l'utilisation de modèles mathématiques déterministes. Le nécessaire couplage avec des approches de terrain et en laboratoire a été rendu possible par mon intégration dans des programmes nationaux interdisciplinaires, PIREN SEINE et SEINE-AVAL. Le système étudié, la Seine, est un fleuve modeste pour lequel les impacts des activités humaines sont particulièrement importants. À la suite de ma thèse, mes recherches ont eu pour objectif de mieux comprendre les relations quantitatives entre les rejets urbains de temps de pluie (RUTPs) et les déficits en oxygène observés. Partant du constat que des modèles simplifiés étaient peu aptes à les caractériser, l'objectif a été d'analyser les processus responsables de ces déficits. Des mesures in situ ont été exploitées avec le modèle PROSE, développé pendant ma thèse, couplant un modèle hydrodynamique basé sur les équations de Saint-Venant avec le modèle de processus biochimiques RIVE et un modèle de transport sédimentaire en transitoire. Ainsi les déficits en oxygène immédiats sont déterminés par la charge en carbone organique dissous biodégradable (CODB) tandis que la fraction particulaire est responsable d'effets rémanents à grande échelle de temps (20 % du flux d'oxygène consommé en période estivale sur 50 km dans Paris). La mise en évidence de ce phénomène, dû aux dépôts riches en carbone organique en aval des RUTPs, est tout à fait originale. Par ailleurs une partie non négligeable du déficit en oxygène est due à la couverture nuageuse responsable d'une baisse de l'activité phytoplanctonique. Les observations montrent en outre que la fraction biodégradable du carbone organique dissous (COD) est anormalement élevée à l'amont de Paris (70 %). Le site atelier «rivières amont» du PIREN SEINE sur le Grand-Morin, nous a permis de montrer le rôle majeur de l'eutrophisation. Le résultat le plus original est que la contribution du périphyton aux flux de COD à l'exutoire du bassin est du même ordre de grandeur que les apports directs anthropiques et que le produit de la lyse du phytoplancton. La question de l'impact des rejets de l'agglomération parisienne m'a conduit à étendre mes travaux à l'estuaire dans le cadre du programme SEINE-AVAL. Ces rejets sont responsables de teneurs en carbone organique élevées dans les matières en suspension dans la zone du maximum de turbidité. Une modélisation spatialisée à l'aide du modèle SiAM3D-RIVE, a, en outre, permis de mettre en évidence des flux importants de carbone organique en provenance du milieu côtier. Les conséquences de ce phénomène sur le recyclage des éléments nutritifs et le développement de l'eutrophisation côtière doivent encore être étudiées. Le développement d'approches du fonctionnement biogéochimique des hydrosystèmes à l'échelle des bassins reste actuellement un enjeu. Pour caractériser l'évolution sur le long terme de la contamination des hydrosystèmes par les nitrates et comprendre les processus de transformation de cette variable, le modèle PROSE a été couplé à une représentation par SIG de l'occupation des sols, au modèle agronomique STICS (INRA) et à une modélisation multicouches des aquifères (modèle NEWSAM, Mines ParisTech). Le modèle couplé (CaWaQS) a été appliqué sur l'ensemble du bassin du Grand-Morin. Il a permis d'établir que les cours d'eau y sont alimentés, en moyenne et du point de vue hydrologique, à 20 % par l'Oligocène et à 80 % par l'Éocène. Les deux aquifères ont, par ailleurs, des concentrations moyennes en nitrates et des tendances d'évolution très différentes. La modélisation multicouches a permis de représenter explicitement le phénomène de contamination des cours d'eau par des aquifères ayant des niveaux de contamination différents ; ce phénomène est rarement pris en compte ce qui conduit à une mauvaise interprétation des observations et des processus. Finalement les pertes de nitrates par dénitrification ont été estimées à près de 20 % du flux de nitrate infiltré à partir de la zone sous-racinaire. Les recherches doivent se poursuivre pour spatialiser ces pertes. La chaîne de modèles SENEQUE (UMR SISYPHE)/PROSE/SiAM1D-RIVE (IFREMER/MINES PARISTECH)/ SiAM3D-ELISE (IFREMER) a par ailleurs été mise en oeuvre sur l'ensemble du bassin de la Seine afin de mettre en évidence les enjeux futurs de la gestion environnementale sur ce bassin. D'après les modèles, les désoxygénations chroniques seront fortement réduites d'ici 2015 suite à l'amélioration des traitements aux stations d'épuration ; l'eutrophisation et la maîtrise des pollutions diffuses d'origine agricole, tant pour les nitrates que pour les orthophosphates, restent par contre des enjeux importants.

La variabilité de l'intensité du flux d'eaux atlantiques et de la nature des masses d'eau de surface le long des marges occidentales de la Norvège, de la mer de Barents et du Svalbard a été reconstituée sur la base des assemblages de coccolithes et dinokystes présents dans cinq carottes sédimentaires marines représentatives de l'Holocène terminal. Les résultats sont présentés sous la forme de reconstructions qualitatives et quantitatives (fonctions de transfert MAT) à haute résolution temporelle (échelle décennale à sub-séculaire). Un travail visantà valider les traceurs micropaléontologiques utilisés a été réalisé en parallèle à l'objectif principal, et s'est en particulier nourri de la collecte et de l'examen de populations vivantes distribuées le long de plusieurs transectszonaux en mer de Norvège, mer d'Islande et à travers le détroit de Fram.Nos résultats indiquent que la partie orientale des mers Nordiques (66 à 77°N) a été sujette à une tendance globale à l'augmentation du flux d'eaux atlantiques (AW) au cours des derniers 3000 ans. La dynamique récente de ce flux méridien est supposée répondre à la modulation long-terme de la force et de la localisation de la ceinture des vents d'ouest qui est essentiellement pilotée par l'Oscillation Nord Atlantique. Ce même mécanisme atmosphérique réconcilie le déplacement zonal et contradictoire du front arctique entre le domaine ouest-norvégien, et les façades occidentales de la mer de Barents et du détroit de Fram. La variabilité rapide du flux d'AW reproduit la succession des phases climatiques historiques classiques chaudes (Période Chaude Romaine, Période Chaude Médiévale, Période Moderne : flux accentué d'AW) et froides (Période Sombre, Petit Age Glaciaire : flux réduit d'AW) des derniers 2500 ans. Un événènement rapide de renforcement du flux d'AW en mers Nordiques a été identifié pendant le Petit Age Glaciaire entre 330 et 410 ans BP (cal.). Nos résultats indiquent que les variations d'intensité du flux d'AW vers l'Océan Arctique ont eu un impact majeur sur la distribution de la glace de mer arctique au cours du dernier millier d'années, les variations reconstruites de l'extension du couvert de glace à l'echelle de l'océan arctique étant parfaitement corrélées (échelle subséculaire) avec nos reconstructions qualitatives de la dynamique de l'AW au large du Svalbard et de la mer de Barents. La diminution importante de l'extension de la banquise durant le 20ème siècle est synchrone d'un flux record d'AW à travers le détroit de Fram, flux qui, d'après nos données, est sans précédent pour les derniers 3000 ans.

Les virus entériques sont l'une des principales causes d'épidémies de gastroentérites chez l'Homme. Ces virus sont essentiellement excrétés dans les selles et sont donc observés en grande quantité au sein des eaux usées. L'abattement viral est très variable en fonction des types de traitements mis en place dans les stations d'épurations (STEP). Malgré ces traitements, la grande majorité des STEP rejettent d'importantes quantités de virus entériques dans l'environnement. L'objectif de ce travail a été d'apporter des éléments de réponse concernant la circulation des virus entériques humains dans un environnement hydrique urbain. Pour cela, des méthodes d'analyse ont été mises au point afin de permettre la détection d'un large panel de virus entériques dans différentes matrices hydriques susceptibles d'être étudiées dans l'environnement. Trois contrôles ont été développés afin de vérifier le bon déroulement de cette méthode et donc de valider les résultats obtenus. Une campagne d'échantillonnage a été réalisée au niveau d'un tronçon de la Seine impacté par les affluents naturels et des effluents de STEP. La prise en compte des débits au niveau des différents points de prélèvement a permis de calculer les flux viraux qui correspondent à la quantité de virus circulant en un point au cours d'une unité de temps. Cette approche a permis de démontrer la contribution majeure des effluents de STEP dans la contamination virale du milieu récepteur. Parmi l'ensemble des virus entériques recherchés, les adénovirus, les norovirus, les astrovirus et les rotavirus présentaient les charges virales les plus importantes dans les effluents de STEP et dans les eaux de surface. Leurs quantités au sein de ces matrices d'eau étaient les plus importantes durant la période hivernale ce qui était cohérent avec les données épidémiologiques. Un lien étroit entre l'état sanitaire de la population humaine reliée au réseau d'assainissement et la concentration en virus entériques des effluents de STEP et des eaux de surface a pu être établi. Sur ces mêmes prélèvements, l'étude de la diversité des astrovirus et des norovirus de génogroupes I et II a été réalisée par pyroséquençage. Cette approche a permis d'établir un profil des différents génotypes circulant dans les effluents de STEP. Au regard des données épidémiologiques recueillies sur la même période par le Centre National de Référence des virus entériques, un grand nombre de génotypes communs ont pu être observés entre ces deux jeux de données. Ce constat met en évidence le caractère informatif de l'analyse des effluents de STEP qui fournit un profil relativement pertinent des virus entériques circulant dans l'environnement mais aussi dans la population humaine. La présence de virus entériques présente dans les eaux de surface, ressources utilisées pour la potabilisation, est un réel problème de santé publique. C'est pourquoi la dernière partie de ce travail s'intéresse à évaluer leur persistance dans l'eau de surface et l'eau destinée à la consommation humaine, mais aussi face à des traitements de désinfection, fréquemment utilisés dans les usines de potabilisation et parfois en sortie de STEP. L'absence de modèle cellulaire pour la plupart de ces virus nous a conduit à développer une approche basée sur l'emploi d'agents intercalants permettant d'évaluer l'intégrité de la capside des particules virales détectées par PCR en temps réel. L'utilisation de ces agents intercalants s'est avérée pertinente à partir du moment où les conditions conduisent à une dégradation des capsides virales. Par conséquent, leur emploi sur des échantillons d'eau potabilisée a permis une meilleure estimation du risque sanitaire associé à la consommation de l'eau produite. En conclusion, ce travail propose des méthodes d'analyse qui ont permis de mettre en exergue les relations existantes entre la circulation des virus entériques dans l'environnement et l'état sanitaire de la population humaine / Enteric viruses are a major cause of gastroenteritis outbreaks in humans. These viruses are mainly excreted in the faeces and are therefore observed in large amounts in wastewater. Depending on the types of treatments, virus removal from effluent may vary from one wastewater treatment plants (WWTP) to another. Despite these treatments, most of the WWTP releases significant quantities of enteric viruses in the environment. The aim of this study was to better understand the circulation of human enteric viruses in urban rivers. For this purpose methods have been developed to enable the detection of a broad panel of enteric viruses in various water matrices that may be collected from the environment. Since there is important inhibition observed in this type of water samples, three controls were developed to verify the success of this method, from the sample concentration to the PCR quantification, and thus to validate the results. A sampling campaign was carried out at the Seine River section (Paris area) affected by its natural tributaries and WWTP effluents. The river and effluent flows at the different sampling points were used to calculate the viral flows as the amount of virus circulating at a point during a time unit. This approach has demonstrated the major implication WWTP effluents in the viral contamination of the Seine River. Among all the targeted enteric viruses, adenoviruses, norovirus, astrovirus and rotavirus showed the most significant viral loads in WWTP effluents and consequently in river waters. Their quantities in WWTP effluents and surface water were the most important during the winter period which was consistent with the epidemiological data from the French Reference Center for enteric viruses. A close connection between the health status of the Parisian population and enteric virus concentration in WWTP effluents and in the Seine River could be established. The study of the diversity of astrovirus and norovirus of genogroups I and II was carried out by pyrosequencing on WWTP effluent and Seine river samples to develop a profile of the different genotypes circulating in the environment. Many common genotypes were observed between the effluent dataset and the epidemiological data collected over the same period by the French Reference Center. These results highlight the complementarity of the two datasets, and the fact that WWTP effluents provide a relevant profile of enteric viruses circulating in the environment but also in the human population. The amount of enteric viruses present in drinking water resources such as surface waters is a real public health problem. Therefore, it is important to evaluate viral persistence in surface waters during tertiary treatment and in drinking water, but also the viral persistence after usual disinfection treatments such chlorination and ultraviolet treatment. The absence of cell model for culture of most enteric viruses, has led us to develop a method using intercalating dyes to assess the capsid integrity of the viral particles quantified by real time PCR. The use of these intercalating agents was relevant when the environmental conditions and disinfection treatments caused a degradation of the viral capsid. Consequently, their use for the analysis of water samples from drinking water plants allowed to prevent an overestimation of the risk of transmission to humans by the consumption of tap water. In conclusion, this work provides development of analysis methods highlighting the relationships between the circulation of infectious enteric viruses in the environment and the health status of the human population

Les estrogènes et les bêtabloquants transitent quotidiennement par les réseaux d’assainissement et les stations d’épuration des eaux résiduaires urbaines. Une première partie de ce travail a consisté à développer des méthodes pour analyser ces micropolluants émergents dans les boues de station d’épuration et les matières en suspension. L’efficacité des traitements épuratoires a ensuite été évaluée vis-à-vis de l’élimination de ces molécules. En règle générale, les 5 estrogènes étudiés (estrone, 17α- et 17β-estradiol, estriol, 17α-éthinylestradiol) sont plutôt bien éliminés par les stations d’épuration avec des efficacités d’élimination généralement supérieures à 90%. Pour les 10bêtabloquants analysés (acébutolol, aténolol, bêtaxolol, bisoprolol, métoprolol, nadolol, oxprénolol,propranolol, sotalol et timolol), des comportements différents ont été observés. Alors que l’acébutololet le nadolol sont éliminés (abattements moyens supérieurs à 80%), d’autres molécules comme lesotalol et le propranolol ne sont que peu impactées par les traitements épuratoires (abattements moyens inférieurs à 20%). Pour les autres bêtabloquants étudiés, des abattements intermédiaires (entre 40 et 70%) sont observés. Excepté le propranolol, qui est le plus hydrophobe des bêtabloquants étudiés, les molécules ciblées dans cette étude s’adsorbent peu sur les matières en suspension (en moyenne 90% des molécules se trouvent dans la phase dissoute) et ne sont pas concentrées dans les boues ; les abattements mesurés correspondent donc, sauf pour le propranolol,à une biodégradation et pas à un transfert des micropolluants vers les boues. Les molécules résiduelles non éliminées par le traitement épuratoire rejoignent le milieu aquatique récepteur. Les rejets de station d’épuration représentent en effet une source de contamination pour les milieux aquatiques et l’impact de ces rejets est visible, notamment en termes d’augmentation des concentrations de micropolluants mesurées dans le milieu. Néanmoins, les faibles concentrations mesurées ne semblent pas individuellement représenter de risque environnemental majeur ; seul le propranolol a présenté sur 4 des 15 sites étudiés un quotient de risque supérieur à 1 ce qui indique un risque environnemental probable. Cependant, même si le risque associé à une molécule est faible,chaque molécule présente dans l’environnement contribue au potentiel toxique global des substances présentes dans l’environnement. / Estrogens and beta blockers are daily excreted by human beings and wastewater treatmentplants are recognised as the main pathway of these emerging micropollutants to the aquaticenvironment. This study aims at analyzing 5 estrogens (estrone, 17α- and 17β-estradiol, estriol, 17α-ethynylestradiol) and 10 beta blockers (acebutolol, atenolol, betaxolol, bisoprolol, metoprolol, nadolol, oxprenolol, propranolol, sotalol et timolol) in urban wastewater treatment plants and surface waters.First of all, methods were developed for the analysis of target molecules in sewage sludge and suspended particulate matters. Then, estrogens and beta blockers were studied in urban wastewater treatment plants. Generally, wastewater treatments are efficients to remove estrogens fromwastewater with mean removal rates above 90%. For beta blockers, acebutolol and nadolol areefficiently removed (mean removal rates of about 80%), while sotalol and propranolol are hardlyimpacted by wastewater treatment (mean removal rates below 20%). Other studied beta blockerspresent intermediate removal rates (between 40 and 70%). Except propranolol which is the lesshydrophilic molecule among the different studied beta blockers, target molecules are not adsorbed onsuspended particulate matters (mean proportion of 90% of the target molecules are present in the dissolved phase) and are not concentrated into sludge. So, calculated removal rates correspond,except for propranolol, to biodegradation and not to transfer into sludge. Residual molecules which are not removed by wastewater treatment reach the aquatic environment. The impact of wastewater treatment plants on the receiving rivers was studied showing a clear increase of target molecules concentrations near the wastewater treatment plants outfall. However, only propranolol presented an environmental risk ratio in the range or above 1 showing a possible environmental risk in 4 studied receiving waters out of 15. Never the less, even if no specific toxic effects are pointed out, each molecule contributes to the overall toxic potential of the substances present in the aquatic environment.

Cette étude de cas menée au Marché public de Longueuil avait pour objectif d’évaluer la performance hydraulique et l’efficacité épuratoire de PGOs installés en série dans un climat nordique comme au Québec. Pour ce faire, un protocole de suivi quantitatif et qualitatif a été développé pour étudier deux chaînes de traitement: une chaîne constituée d’une tranchée drainante, d’un bassin sec et d’un bassin avec retenue permanente et une seconde constituée de biorétentions et d’un bassin avec retenue permanente. Le suivi quantitatif des eaux pluviales a démontré l’efficacité des PGOs à retenir les eaux de ruissellement. Les biorétentions permettent de réduire, en moyenne, les volumes et les débits de pointe de 70 % et 94 % respectivement. Les résultats ont également démontré que la tranchée drainante, le bassin sec et le bassin avec retenue permanente permettent, en moyenne, un décalage des débits respectifs de 30 minutes, 10 minutes et d’un peu plus d’une heure. Combinées, les PGOs permettent le décalage des débits de près de deux heures, ce qui est souhaité. Les campagnes d’échantillonnage ont montré des résultats favorables pour l’enlèvement des matières en suspension et des matières organiques au niveau de la tranchée drainante et des cellules de biorétention. En effet, des taux moyens d’enlèvement de matières en suspension de 79 % et 84 % ont respectivement été obtenus pour ces deux PGOs. Toutefois, pour les cellules de biorétention un relargage de phosphore a, à l’occasion, été observé. Il s’est avéré que le bassin sec relargue également le phosphore, mais aussi des matières en suspension. Par contre, l’ajout du bassin à retenue permanente à l’aval permet de contrôler ce relargage en effectuant un traitement supplémentaire. L’aménagement d’une PGO ayant pour fonction de traiter les eaux est donc un choix judicieux pour pallier le relâchement des contaminants de celle à l’amont. À la lumière des de ces résultats, l’emploi de chaînes de traitement est donc avantageux comparativement à l’utilisation de PGOs seules.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / L'impact de l'urbanisation couplé aux changements climatiques influence le régime hydrologique, entrainant d'importants défis de gestion des eaux pluviales. Dans ce contexte, l'utilisation d'infrastructures végétalisées tels les systèmes de biorétention et les noues végétalisées est de plus en plus fréquente en Amérique du Nord au cours des dernières années afin d'intercepter, de ralentir et de filtrer les eaux de ruissellement. Or, peu de données sont disponibles quant à la sélection des espèces adaptées sous climat froid, malgré le fort intérêt des municipalités pour ces phytotechnologies. L'influence du positionnement sur la croissance des végétaux ainsi que le suivi évolutif des substrats sont également des facteurs qui restent à étudier. Ainsi, l'objectif de ce projet consistait à évaluer la survie et la croissance d'espèces à différentes positions et de suivre l'évolution des propriétés physico-chimiques des substrats pendant les trois années suivant l'implantation de noues végétalisées en juillet 2020. Pour le volet sur les végétaux, 22 espèces ont été suivies au sein de 48 noues végétalisées dans une banlieue de la ville de Québec. Pour ce qui est du volet sur les substrats, ce sont 12 noues parmi celles choisies au volet sur les végétaux qui ont été sélectionnées pour le dispositif expérimental. Les principaux paramètres examinés comprenaient la survie, la croissance foliaire et la floribondité des végétaux implantés, la prépondérance et la diversité des adventices, ainsi que les propriétés chimiques, la conductivité hydraulique saturée et la teneur en eau volumétrique du substrat. Les résultats ont permis de confirmer que le positionnement dans la noue exerçait une influence importante sur la croissance des espèces. Quinze espèces se sont avérées bien adaptées, tandis que les sept autres démontraient une survie et une croissance moindre. Enfin, une augmentation de la concentration en polluants et une baisse de la vitesse d'infiltration de l'eau dans le substrat ont été observées au fil du temps. Une bonne compréhension de l'impact du positionnement des espèces sur leur développement peut contribuer à l'amélioration de la disposition des végétaux dans les aménagements et ainsi maximiser la performance des ouvrages. En complément, de bonnes pratiques d'entretien sont importantes afin de minimiser la compaction des substrats et de favoriser la croissance des végétaux. / Urbanization coupled with climate change is influencing the hydrological regime, resulting in significant stormwater management challenges. In this context, the use of green infrastructures such as bioswales and bioretention systems to intercept, slow down and filter runoff has been increasing in North America in recent years. However, little data is available on the selection of optimal plant species adapted to cold climates, despite the strong interest of municipalities for these phytotechnologies. The influence of positioning on the establishment and growth of plants as well as the intra and inter-seasonal evolutionary monitoring of substrates are also factors that require further investigation. Thus, the main objective of this project was to evaluate the growth and survival of plant species at various positions, and to monitor the evolution of the physico-chemical properties of substrates for three years following the construction of planted stormwater management systems. For the plant component, 22 species were monitored within 48 bioretention cells built in a proximal suburb of Quebec City, starting from the project implementation in July 2020. As for the substrate component, a subset of 12 bioretention cells were selected from those where plants were monitored. Key parameters evaluated during this project included survival rate, leaf growth and floridity of the plants, weed abundance and diversity, as well as the chemical properties, saturated hydraulic conductivity, and relative moisture content of the growing substrate. The results confirmed that plant positioning in the bioretention cells had an important influence on their growth. Fifteen species were found to be well adapted to the environmental conditions, while the other seven showed reduced survival and growth. Finally, an increase in pollutants and nutrients concentration as well as a decrease in water infiltration were observed over time in the bioretention cells. A better knowledge of the plant interaction in spatial and temporal distribution can contribute to improve the planting arrangements and thus potentially maximize the bioretention performance for better stormwater management. In addition, good maintenance practices are important to minimize substrate compaction and promote plant growth.