Un contexte réglementaire de plus en plus strict dans le domaine de l’évaluation environnementale de l’impact des composés chimiques d’origine anthropique et plus précisément du risque écotoxicologique dans l’environnement aquatique, exige de renforcer les outils d’évaluation et d’affiner la connaissance de leur valeur prédictive. A ce titre, l’étude des biomarqueurs de génotoxicité doit être privilégiée, compte tenu du rôle central de l’ADN dans le fonctionnement du vivant et des effets trans-générationnels susceptibles de conduire à un fardeau génétique affectant les populations exposées à un environnement contaminé. Dans cette perspective, et après avoir défini la problématique à l’issue d’une analyse bibliographique, ce travail de thèse a permis de développer un biomarqueur de génotoxicité chez l’épinoche (Gasterosteus aculeatus), espèce modèle en écotoxicologie, en utilisant la mesure des dommages primaires à l’ADN par le test des comètes en conditions alcalines. Il visait à : i) apporter une information complémentaire au sein d’une batterie de biomarqueurs utilisée en biomonitoring chez cette espèce, 2) apporter des éléments de compréhension sur la valeur prédictive d’un effet génotoxique sur le tissu germinal des organismes aquatiques exposés au stress chimique. Concernant le premier point, les résultats soulignent l’intérêt de ce biomarqueur de génotoxicité développé sur le tissu sanguin au laboratoire, sa grande sensibilité amenant à un pouvoir discriminant significatif dans le cadre d’approches multiparamétriques menées dans un second temps sur le terrain. Pour ce qui est de l’étude de la signification écotoxicologique de ce biomarqueur de génotoxicité, le but était d’explorer le lien entre l’intégrité de l’ADN des cellules germinales de ce poisson et la qualité de la descendance. Les résultats de ce travail démontrent de manière originale la contribution majoritaire du génome paternel à la transmission d’une information génétique délétère ayant pour conséquence des anomalies de survie et de développement mesurées sur la descendance. Ils permettent de disposer d’un élément d’évaluation prédictive pertinent de l’effet des contaminants à potentiel génotoxique dans les écosystèmes aquatiques, dans un contexte d’intérêt grandissant de la compréhension du déclin de populations de poisson universellement recensé. / A rule context in the field of environmental impact assessment of anthropogenic chemicals and specifically ecotoxicological risk to the aquatic environment, requires strengthening the assessment tools and refine knowledge of their predictive value. As such, the study of biomarkers of genotoxicity should be choose, given the central role of DNA in living organisms function and trans-generational effects could lead to a genetic load affecting populations exposed to a contaminated environment . In this context, and after defining the problem at the end of a literature review, this thesis has developed a biomarker of genotoxicity in the stickleback (Gasterosteus aculeatus), model species in ecotoxicology, using the measurement primary DNA damage by the comet assay under alkaline conditions. It aimed to: i) provide additional information in a battery of biomarkers used in biomonitoring in this species, 2) provide some understanding of the predictive value of a genotoxic effect on the germinal tissue of aquatic organisms exposed to chemical stress. On the first point, the results underline the importance of this biomarker of genotoxicity developed on blood tissue in the laboratory, its high sensitivity leading to a significant discriminating power under multiparameter approaches taken in a second time on the ground. Regarding the study of the ecotoxicological significance of this biomarker of genotoxicity, the aim was to explore the relationship between DNA integrity in germ cells of the fish and the quality of the offspring. The results of this work show an original way the majority of the paternal genome contribution to the transmission of a deleterious genetic information that result in abnormal survival and development measured on the offspring. They allow you to have a predictive element relevant evaluation of the effect of genotoxic potential contaminants in aquatic ecosystems, in a context of growing interest in understanding the decline of fish populations identified universally.

Dans le cadre de la protection de l'environnement, l'eau et l'atmosphère sont deux milieux particulièrement surveillés. La réglementation impose la détection et le dosage d'une liste de produits mais les besoins analytiques sont considérables. Les méthodes biotechnologiques présentent l'avantage d'indiquer l'impact du produit sur la matière vivante. Ces méthodes sont mises en œuvre au laboratoire ou sur site. La détection d'une toxicité globale ou ciblée, <i>in situ</i> et en temps réel, est privilégiée. Les biocapteurs sont des outils répondant à cette attente. Au cours de l'étude, deux biocapteurs, l'un ampérométrique, l'autre fluorimétrique sont conçus. Tous deux intègrent le même biorécepteur, <i>Chlorella vulgaris</i>. Une nouvelle méthode d'immobilisation des micro-algues est mise au point. Elle permet d'obtenir des lots de membranes reproductibles, fonctionnelles 7 jours, donnant une réponse <i>in vivo</i> à valeur statistique, réutilisables et conservables. Des essais conduits sur des thylakoïdes extraits des cellules végétales ne donnent pas d'aussi bons résultats. L'association des membranes algales avec les deux types de transducteur montre que <i>Chlorella vulgaris</i> est sensible à des produits divers : herbicides, métaux, solvants. Les limites de détection pour des herbicides sont particulièrement basses, inférieures aux normes. Pour plusieurs produits testés, des courbes d'étalonnage sont données. Les deux types de biocapteur fonctionnent en milieu aqueux, en mode batch et en mode flux. Le biocapteur de fluorescence algale à fibres optiques possède des qualités de reproductibilité et de maniabilité plus intéressantes que le biocapteur ampérométrique. Le biocapteur de fluorescence est testé sur des lixiviats de bois, solutions naturelles complexes ; le biocapteur ampérométrique est adapté à l'utilisation en phase gazeuse, il détecte alors le méthanol vapeur et le perchloroéthylène en aérosol. Une autre partie de l'étude consiste à caractériser l'impact des toxiques sur <i>Chlorella vulgaris</i>. L'analyse est conduite en microscopie électronique à balayage et en microscopie optique couplée à l'analyse d'images. Ces deux méthodes originales restent à perfectionner. Les résultats de nos essais préliminaires semblent encourageants pour la détection du produit toxique et l'accès à son mécanisme d'action.

La gestion des eaux pluviales constitue un défi important à relever dans les villes du monde entier : aujourd’hui on ne compte plus les problèmes d’inondation et de pollution, problèmes chroniques qui tendent à s’amplifier à mesure que l’urbanisation grandit en parallèle du changement climatique. Une gestion durable de ces eaux est au cœur des enjeux du XXIe siècle et afin de faire face à ces problèmes le Ministère de l’Écologie et du Développement Durable a engagé une opération de recherche sur cette thématique. Parmi les problèmes posés par les eaux pluviales, notre étude se focalise sur les rejets urbains de temps de pluie (RUTP). Ces rejets constituent un apport important et imprévisible de nombreux polluants pour les masses d’eaux réceptrices. La pollution des RUTP est étudiée depuis de nombreuses années et, alors que les connaissances en la matière s’affinent, il n’existe à l’heure actuelle aucune étude de grande ampleur permettant d’identifier l’impact des RUTP sur les écosystèmes récepteurs. Notre travail a consisté à étudier l’impact environnemental de différents échantillons de RUTP collectés sur 3 sites d’assainissement pluvial de l’agglomération lyonnaise. Pour cela nous avons sélectionné des bioindicateurs pertinents, les microalgues d’eau douce, organismes unicellulaires à la base des chaînes trophiques et très sensibles aux polluants présents dans les RUTP. Nous avons réalisé des bioessais écotoxicologiques connus de la littérature et contribué au développement de nouveaux indicateurs de toxicité complémentaires. De plus nous avons cherché à adapter ces bioessais pour permettre leur utilisation sur le terrain. En parallèle nous avons travaillé à l’amélioration d’un biocapteur enzymatique à cellules algales. Ses performances ont été évaluées sur des échantillons de RUTP avant d’œuvrer à la construction d’une station automatisée qui nous a permis de réaliser des mesures directement sur les sites d’assainissement (on line monitoring). Ce travail contribue à mettre en évidence l’impact important des RUTP sur le milieu récepteur tout en confirmant le caractère hétérogène de ce type d’effluent et l’intérêt des dispositifs de surveillance in situ. / The stormwater management constitutes an important challenge for cities around the world: today there are countless problems of flooding and pollution, chronic problems that tend to amplify as urbanization grows. Sustainable management of these waters is at the heart of defies of the twenty-first century and to address these problems the Ministry of Ecology and Sustainable Development has launched a research operation. Among problems posed by stormwater, our study focuses on urban wet weather discharges (UWWD). These releases are an important and unpredictable contribution of many pollutants to the receiving water bodies. UWWD's pollution has been studied for many years and, while knowledge in the field matures, there is at present no large-scale study to identify the impact of UWWD on the receiving ecosystems. Our work consist in studying the impact of different UWWD samples collected at 3 storm sanitation sites of Lyon on the environment. We have relevant bioindicators, freshwater microalgae, unicellular organisms at the base of the trophic chain and very sensitive to pollutants present in the UWWD. We have undertaken ecotoxicological bioassays known from the literature and contributed to the development of new indicators of toxicity. Furthermore, we seek to adapt these bioassays to allow their use in the field. In parallel, we have worked to improve an enzyme biosensor algal cell. We evaluated its performances on samples of UWWD and then we built an automated measuring station to make measurements directly on the remediation site (online monitoring).

L'arsenic est un élément présent dans tous les compartiments de l'environnement, et les produits de la pêche représentent une source majeure d'exposition à l'arsenic par le biais de l'alimentation. Même s'il n'existe pas à ce jour de législation sur les teneurs en arsenic dans les aliments en France, les agences gouvernementales évaluent généralement les risques liés à la présence d'arsenic dans les produits de la pêche en se basant essentiellement sur la concentration totale de l'élément, sans tenir compte des différentes espèces présentes ni de leur bioaccessibilité. Par conséquent, le développement de méthodes d'analyse de spéciation revêt un intérêt particulier dans le cadre de l'évaluation des risques. La première partie de ce mémoire présente des informations générales sur les propriétés de l'arsenic, son occurrence dans les différents compartiments de l'environnement et sa toxicité, ainsi qu'une étude bibliographique des méthodes analytiques existantes pour étudier la spéciation de l'arsenic dans les matrices alimentaires, en particulier les produits de la pêche (extraction et séparation/détection). Les différentes approches pour l'évaluation de sa bioaccessibilité et de celle d'autres éléments traces métalliques d'intérêt sont également présentées. La deuxième partie de ces travaux porte sur la validation d'une méthode d'analyse de spéciation des principales espèces d'arsenic dans les produits la pêche (As(III), MA,DMA, As(V), AsB, TMAO, AsC) par couplage entre la chromatographie d'échange d'ions (IEC) et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS) après extraction assistée par micro-ondes (MAE). L'évaluation des performances analytiques de la méthode, les contrôles qualités internes et externes mis en place et les différentes applications, en particulier les données d'occurrence des différentes espèces d'arsenic dans les produits de la pêche les plus consommés par la population française sont présentés et discutés. Dans la troisième partie, la bioaccessibilité maximale de l'arsenic et d'autres éléments d'intérêt est estimée à l'aide d'une méthode de lixiviation en ligne (impliquant la mesure en temps réel par ICP-MS de la fraction libérée par les différents fluides digestifs artificiels). La combinaison de ce procédé avec la méthode d'analyse de spéciation validée permet ainsi d'estimer la bioaccessibilité des différentes espèces d'arsenic.

La gestion des eaux pluviales constitue un défi important à relever dans les villes du monde entier : aujourd'hui on ne compte plus les problèmes d'inondation et de pollution, problèmes chroniques qui tendent à s'amplifier à mesure que l'urbanisation grandit en parallèle du changement climatique. Une gestion durable de ces eaux est au cœur des enjeux du XXIe siècle et afin de faire face à ces problèmes le Ministère de l'Écologie et du Développement Durable a engagé une opération de recherche sur cette thématique. Parmi les problèmes posés par les eaux pluviales, notre étude se focalise sur les rejets urbains de temps de pluie (RUTP). Ces rejets constituent un apport important et imprévisible de nombreux polluants pour les masses d'eaux réceptrices. La pollution des RUTP est étudiée depuis de nombreuses années et, alors que les connaissances en la matière s'affinent, il n'existe à l'heure actuelle aucune étude de grande ampleur permettant d'identifier l'impact des RUTP sur les écosystèmes récepteurs. Notre travail a consisté à étudier l'impact environnemental de différents échantillons de RUTP collectés sur 3 sites d'assainissement pluvial de l'agglomération lyonnaise. Pour cela nous avons sélectionné des bioindicateurs pertinents, les microalgues d'eau douce, organismes unicellulaires à la base des chaînes trophiques et très sensibles aux polluants présents dans les RUTP. Nous avons réalisé des bioessais écotoxicologiques connus de la littérature et contribué au développement de nouveaux indicateurs de toxicité complémentaires. De plus nous avons cherché à adapter ces bioessais pour permettre leur utilisation sur le terrain. En parallèle nous avons travaillé à l'amélioration d'un biocapteur enzymatique à cellules algales. Ses performances ont été évaluées sur des échantillons de RUTP avant d'œuvrer à la construction d'une station automatisée qui nous a permis de réaliser des mesures directement sur les sites d'assainissement (on line monitoring). Ce travail contribue à mettre en évidence l'impact important des RUTP sur le milieu récepteur tout en confirmant le caractère hétérogène de ce type d'effluent et l'intérêt des dispositifs de surveillance in situ.

Différents effets de nanotubes de carbone (NTC) sur des diatomées benthiques ont été évalués via des approches microscopiques et biochimiques. Il a été montré que la structure du frustule, paroi silicifiée propre aux diatomées, est déterminante sur l'entrée ou non des NTC dans les cellules. Une internalisation des NTC dans la cellule a conduit à des effets génotoxiques et tératogènes. L'interaction des NTC avec les substances polymériques extracellulaires (SPE) produites par les diatomées a aussi été évaluée. Les SPE ont favorisé l'agglomération des NTC entre eux, ainsi que leur isolement physico-chimique vis-à-vis des diatomées. Une réponse des diatomées à la présence des NTC par la surproduction de SPE explique partiellement le retard de croissance observé. De plus, Des interactions entre SPE et NTC, majoritairement hydrophobes, ont été révélées. Ces interactions ont permis de réduire considérablement les effets des NTC sur les diatomées au cours du temps. / Various effects of carbon nanotubes (CNTs) on benthic diatoms were assessed via microscopic and biochemical approaches. It has been shown that the structure of the specific to diatoms silicified frustule has a key role in the entry or not of CNTs into the cells. Moreover, Internalization of CNTs in the cell led to genotoxic and teratogenic effects. The interaction of the CNTs with the extracellular polymeric substances (EPS) produced by diatoms was also evaluated. EPS favored agglomeration of CNTs between them as well as their physico-chemical isolation for diatoms. A response of diatoms in the presence of CNTs by the overproduction of EPS partially explains the observed growth retardation. In addition, interactions between the EPS and CNTs, mainly hydrophobic, have been revealed. These interactions significantly reduced the effects of CNTs in diatoms over time.

Ce travail traite d’un problème de pollution liée à la présence de métaux de base dans des passifs environnementaux issus d’un traitement métallurgique des minerais sulfureux cuivre – zinc provenant de la mine de Kipushi en République Démocratique du Congo. L’objectif principal de ce travail a été d’arriver à proposer des scénarios de gestion durable au passif environnemental de la filière présentant les risques environnementaux les plus élevés. Pour cela, on a d’abord procédé à une identification des différents problèmes environnementaux tout au long de la filière de traitement sur les quatre sites d’exploitation. Ensuite on a prélevé des échantillons puis procéder par des tests de disponibilité à la lixiviation à l’eau déminéralisée pour évaluer les fractions solubles des métaux de base présents et aussi par des tests de conformité de mise en décharge afin de classer ces rejets conformément à la directive européenne 2003-33-CE. Ainsi, les rejets Ex – UZK ont été identifiés comme les plus dangereux de la filière au regard de cette directive, car les quantités lixiviées de cuivre et de zinc dans ces rejets ont dépassé largement les limites fournies par la directive, et donc ils ne peuvent même pas être mis en décharge de classe I sans traitement métallurgique préalable pouvant permettre leur dépollution. <p>Par contre, les autres rejets de la filière, en l’occurrence les rejets de flottation de Kipushi et les scories de fusion pour matte de cuivre, peuvent eux être acceptés en décharge de classe I, sans traitement préalable au regard des limites fournies par la même directive. Les procédés de lixiviation acide chaude et de digestion ont été proposés et retenus comme scénarios de gestion durable à appliquer à ces rejets Ex – UZK, car ils se réalisent tous deux en milieu acide sulfurique d’une part et d’autre part leur application et surtout leur faisabilité en République Démocratique du Congo reste possible ;en outre ils aboutissent à des nouveaux rejets contenant le fer sous forme d’hématite, pouvant être stocké aisément et durablement dans la nature, ce qui est conforme au principe du développement durable. Nous avons tenté de modéliser ces deux scénarios en discutant et comparant la circulation des flux de matière dans les deux procédés, d’abord autour de chaque opération métallurgique unitaire, et ensuite sur l’ensemble du procédé. Ainsi nous avons pu chiffrer tous les flux entrant et sortant dans le système étudié, en considérant 1000 kg de rejets Ex –UZK alimentés. Cette quantification nous a permis de comparer les coûts opératoires de ces deux procédés. Les résultats obtenus dans la présente étude sont encourageants et nous ont permis de formuler des recommandations pour les études ultérieures éventuelles dont les résultats pourront l’enrichir davantage, notamment sur les aspects technologiques, économiques et environnementaux, de manière à faciliter les applications sur terrain.<p><p>This work deals with environmental liabilities consisting of base metals pollution due to metallurgical processing of copper – zinc sulphide ores in Kipushi mine in Democratic Republic of Congo. The main objective of this work was to propose sustainable management scenarios for the most important environmental liabilities from metallurgical sector. For this purpose, liabilities were first identified on four metallurgical plants. Then, leaching tests with deionized water were carried out to assess the soluble fractions of base metals. These effluents were also classified according to the test described in european decision 2003-33-EC, which determines the conformity of waste to landfill. Ex – UZK effluents are the most dangerous from this sector, according to this directive, since the quantities of leached copper and zinc were far beyond the limits :they cannot be sent to class I landfill without prior metallurgical processing. However, other effluents like flotation wast and Lubumbashi slag originating from melting for copper matte, are acceptable without prior treatment. Hot acid leaching and digestion were proposed as sustainable management scenarios for to these Ex – UZK waste because :both can be performed in sulfuric acid and they are feasible in Democratic Republic of Congo. They also lead to an iron – rich waste consisting of hematite that can be stored easily and sustainably in nature, which is consistent with the principle of sustainable development. We have modeled these two scenarios by discussing and comparing the flows in both processes, first for each individual metallurgical unit process, and then for the whole chain of value. So we could assess all the inputs and outputs of the studied system, expressed per ton of Ex – UZK waste. The operating costs of both processes were calculated and compared. The results are encouraging. Recommendations were proposed for further studies, in order to investigate more deeply the technological, economical and environmental aspects, to facilitate the final application. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished