L’objectif de ce travail a consisté à évaluer différents effets écotoxiques de la deltaméthrine et du malathion sur trois souches du crustacé cladocère Daphnia magna. Deux de ces 3 souches appartiennent au même clone A (souches 1 et 3), ce qui a permis d’observer des différences de sensibilité inter- et intra-clonale. Les tests d’écotoxicité aiguë (48h) ont révélé, aussi bien pour la deltaméthrine que pour le malathion, que la souche 1 est plus sensible que la souche 2, elle-même plus sensible que la souche 3. Les tests chroniques (21 jours) ont montré que le critère commun majoritairement affecté par les deux pesticides est le nombre de nouveaux nés par adulte. Ces tests ont confirmé la sensibilité de la souche 1. La deltaméthrine et le malathion sont embryotoxiques puisque l’exposition des daphnies aux fortes concentrations de deltaméthrine et de malathion a induit des malformations. Pour ces effets, la souche 1 est également plus sensible que la souche 2, elle-même plus sensible que la souche 3. Nous avons aussi observé l’apparition de mâles, mais uniquement dans la descendance de la souche 1 exposée à la deltaméthrine. Le dosage de l’activité spécifique de l’acétylcholinestérase (AChE), pour les deux insecticides, a montré une inversion de l’ordre de sensibilité des souches. L’AChE, biomarqueur d’exposition et d’effet, peut être donc considérée aussi comme biomarqueur de susceptibilité. L’analyse protéomique a permis de révéler plusieurs cibles cellulaires de la deltaméthrine chez la souche 1 par rapport à la souche 2. Elle est surtout venue confirmer la plus grande sensibilité de la souche 1 par rapport à la souche 2. L’ensemble de ces résultats rappelle que le facteur génétique est une source de variation et souligne les perspectives offertes par l’analyse protéomique / The aim of this work was to evaluate different ecotoxic effects of deltamethrin and malathion on three strains of the cladoceran Daphnia magna. Two of the three strains belong to the same clone A (strains 1 and 3), which allowed to observe differences in inter-and intra-clonal sensitivity. The acute ecotoxicity tests (48h) showed for both deltamethrin and malathion, that one strain is more sensitive than strain 2, itself more sensitive than strain 3. Chronic tests (21days) showed that the common criterion mainly affected by both pesticides is the number of neonates per adult. These tests confirmed the sensitivity of the strain 1. Deltamethrin and malathion are embryotoxic as daphnid exposure to high concentrations of deltamethrin and malathion induced malformations. For these effects, strain 1 is also more sensitive than strain 2, itself more sensitive than strain 3. We also observed the appearance of males, but only in the offspring of the strain 1 exposed to deltamethrin. The determination of the specific activity of acetylcholinesterase (AChE), for both insecticides, showed a reversal of the order of susceptibility testing. Thus, as a biomarker of exposure and effect, AChE can also be considered as a biomarker of susceptibility. Proteomic analysis revealed several cellular targets of deltamethrin in strain 1 compared to strain 2. It confirms the greater sensitivity of strain 1 compared to strain 2. All these results point out that the genetic factor is a source of variation and highlight the opportunities offered by proteomic analysis

Les oeufs d’escargot terrestre de l’espèce petit-gris Helix aspersa (syn. Cantareusaspersus) peuvent être utilisés pour évaluer l’écotoxicité de substances chimiques pures ou enmélange. La mesure des effets embryotoxiques classiquement réalisée est le succès d’éclosionaprès 15 à 20 jours d’exposition (Druart et al., 2012). Cependant, les mécanismes impliquésdans la mise en place des effets toxiques à différents niveaux d’organisation biologique chezl’embryon ne sont pas connus. Des oeufs d’escargots ont été exposés à des solutions decontaminants métallique (Cd) ou organiques (pesticides: le Round Up® flash, le Corail® et laBouillie Bordelaise) selon deux modalités différentes (en continu sur la totalité dudéveloppement embryonnaire ou sur une période de 24 heures) afin de 1/ déterminer denouveaux paramètres de mesure au cours du développement embryonnaire pouvant rendrecompte d’un effet toxique, 2/ détecter des effets génotoxiques de divers contaminants(solution métallique de Cd ou de formulations commerciales de pesticides) par la méthodeRandom Amplified Polymorphic DNA (RAPD) et 3/ d’étudier des systèmes de défense métalspécifiques(métallothionéines).Les paramètres morphologiques et physiologiques suivis au cours d’expositionscontinues au Cd ont montré des effets néfastes sur le rythme cardiaque, la durée del’incubation, la taille et le poids à l’éclosion chez les exposés à la plus forte concentrationtestée. Chez ces derniers des signes de fragmentation de l’ADN ont également été détectés enfin d’exposition. Le couplage de la méthode RAPD avec un système d’électrophorèse hauterésolution (SHR) a permis de détecter des effets génotoxiques suite à des expositionscontinues au Cd, au Round Up® et au Corail®. L’étude par PCR quantitative de l’expressiondes gènes des métallothionéines (MTs) a mis en évidence une expression constitutive des MTsainsi qu’un haut niveau d’expression du gène mixte CdCuMT chez les embryons non exposés.Chez les embryons exposés au Cd durant 24 heures, une surexpression du gène spécifiqueCdMT a été mise en évidence alors qu’aucune augmentation significative des taux detranscrits des 2 autres isogènes étudiés (CuMT et CdCuMT) n’a été démontrée.Les résultats de toxicité du Cd basés sur le taux d’éclosion et l’expression des gènes desMTs ont démontré que des facteurs comme le régime d’exposition (24 heures ou en continu)ou le stade de développement (âge des embryons lors de l’exposition) peuvent modulerl’embryotoxicité des substances chimiques.206Les données obtenues durant cette étude intégrative permettent de proposer un largepanel de paramètres de mesure des effets toxiques des substances chimiques chez l’embryond’escargot terrestre H. aspersa au niveau individuel (rythme cardiaque, taille, durée dedéveloppement et succès d’éclosion) et au niveau moléculaire (expression de gènes dessystèmes de défense, détection des signes de génotoxicité et de la fragmentation de l’ADN)pour l’évaluation de la toxicité des substances chimiques. L’approche RAPD-SHR, bien quenécessitant une certaine expertise pour l’analyse des profils d’amplifications obtenus, apparaîtadaptée pour une détection rapide et efficace du potentiel embryogénotoxiques de substancesvariées (métaux, pesticides. / The land snail species Helix aspersa (syn. Cantareus aspersus) eggs can be used to assess theecotoxicity of chemicals. Measurement of embryotoxic effect is classically based on hatching successafter 15-20 days of exposure (Druart et al., 2012). However, the mechanisms involved in toxic effectsin embryos at different levels of biological organization are not known. Eggs of snails were exposedto solutions metallic contaminants (Cd) or organic (pesticides: Round Up® Flash, Corail® andBordeaux Mixture) in two different regimes (continuous over the entire embryonic development orduring a period of 24 hours), in order to 1 / identify of new endpoints of toxic effect measurementsduring embryonic development, 2 / detect of genotoxic effects of metal solution (Cd) or threepesticides commercial formulations by Random Amplified Polymorphic DNA method (RAPD) and 3 /study metal-specific defense systems (metallothionein).Morphological and physiological parameters monitored during Cd continuous exposures showedadverse effects on heart rate, duration of incubation, size and weight of new hatchlings exposed to thehighest concentration tested. In the latter, signs of DNA fragmentation were detected at the end ofexposure. Coupling the RAPD with a high-resolution electrophoresis system (SHR) has enabled todetect genotoxic effects of Cd, Round Up® and Corail® after continuous exposures. Quantitative PCRstudy of metallothioneins (MTs) gene expression has showed constitutive expression of MTs genesand a high level of mRNA for the mixed gene CdCuMT in unexposed embryos. In embryos exposedto Cd for 24 hours, an overexpression of the specific gene CdMT has been demonstrated whereas thetwo other isogenes (CuMT and CdCuMT) didn’t show significant induction of expression rates.The toxicity results based on the hatching rate and MTs genes expression obtained with Cd haveshowed that factors such as the exposure regime (24 hours or continuous) or the stage of development(age of embryos upon exposure) can modulate embryotoxicity of chemicals. This thesis provides awide range of endpoints usable at the individual level (heart rate, height, hatching monitoring) and atthe molecular level (gene expression of defense systems, detection of genotoxicity signs and DNAladdering) for the assessment of the ecotoxicity of chemical substances. The RAPD-SHR, althoughrequiring some expertise to analyze profiles obtained, appears suitable for rapid and efficientdetection of potential embryogenotoxic effects of various substances (metals, pesticides).

L’utilisation excessive de pesticides engendre des pollutions et des dégradations importantes de l’environnement y compris sur les écosystèmes aquatiques. L’activité viticole ne fait pas exception à cette règle, et c’est pour cette raison que ce travail de thèse s’est intéressé aux réponses adaptatives ou délétères aux premiers stades de vie de poissons exposés à trois produits phytosanitaires utilisés en viticulture ainsi qu’à leur mélange et à des échantillons environnementaux. La thèse s’intéresse aux stades précoces de développement de la truite arc-en-ciel, mais également à la lignée cellulaire de foie de truite RTL-W1. Les embryons de truite ont été exposés au cuivre, au glyphosate et au chlorpyrifos seuls ou en mélange. Une autre partie de ce travail a consisté à étudier les effets toxiques des échantillons environnementaux d’eau et de sédiment provenant d’un cours d’eau, La Livenne, à proximité de parcelles viticoles. Toutes les expériences ont été faites en conditions contrôlées de laboratoire. Les réponses induites par ces expositions ont été mesurées à différents niveaux d’organisation biologique : au niveau moléculaire, phénotypique et comportemental pour l’étude in vivo (larves de la truite arc-en-ciel) ; et l’analyse des effets cytotoxiques de l’induction des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et des dommages à l’ADN pour l’étude in vitro (lignée RTL-W1). Les résultats de ce travail ont montré que l’exposition aux pesticides individuels, ou en mélange, chez les larves de truites arc-en-ciel n’a pas produit d’effets létaux aux concentrations testés. En revanche, ces substances ont provoqués différents effets sub-létaux, selon le composé et les concentrations étudiés, dont des effets tératogènes, des perturbations du comportement natatoire, des effets génotoxiques et l’expression différentielle de gènes cibles. Le cuivre s’est avéré le plus toxique provoquant un échec d’éclosion important. Des effets cytotoxiques et une production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) ont été observés sur cellules de truite exposées à des extraits d’eau de rivière. Par ailleurs, des effets comportementaux ont été observés sur les larves de truites exposées pendant 48 h à des sédiments et de l’eau de la Livenne. En conclusion, ces travaux de thèse ont mis en évidence des effets sub-létaux sur les cellules et les stades précoces de développement de truite arc-en-ciel exposés à des concentrations environnementales de pesticides utilisés en viticulture. / The excessive use of pesticides generates significant pollution and degradation of the environment, including aquatic ecosystems. The viticultural activity is not an exception for this rule, and this is why the aim of this work is to study the adaptive or deleterious responses in the early life stages of fish exposed to three phytosanitary products used in viticulture as well as to their mixture and environmental samples. The thesis focuses on the early stages of development of rainbow trout, but also on the trout liver cell line RTL-W1. Trout embryos were exposed to copper, glyphosate and chlorpyrifos alone or as a mixture. Another part of this work consisted in studying the toxic effects of environmental samples of water and sediment coming from a river, La Livenne, close to vineyard plots. All experiments were done under controlled laboratory conditions. The responses induced by these exposures were measured at different levels of biological organization: at the molecular, phenotypic and behavioral level for the in vivo study (rainbow trout larvae); and the analysis of cytotoxic effects and induction of reactive oxygen species (ROS) and DNA damage for the in vitro study (RTL-W1 line). The results of this work showed that exposure to individual or mixed pesticides in rainbow trout larvae did not produce lethal effects at the tested concentrations. In contrast, these substances caused different sub-lethal effects, depending on the compound and concentrations studied, including teratogenic effects, swim behavior disturbances, genotoxic effects, and differential expression of target genes. Copper was found to be the most toxic causing a major hatching failure. Cytotoxic effects and production of reactive oxygen species (ROS) were observed on trout cells exposed to river water extracts. In addition, behavioral effects were observed on trout larvae exposed for 48 h to sediments and Livenne water. In conclusion, these thesis studies revealed sub-lethal effects on cells and early stages of development of rainbow trout exposed to environmental concentrations of pesticides.

De plus en plus de substances chimiques sont produites dans le monde et une grande partie d'entre elles entrent dans la composition des produits phytosanitaires. La France en est le premier consommateur européen et le troisième au niveau mondial. L'objectif de nos recherches est de comprendre le devenir et les effets de ces molécules dans l'environnement, notamment agricole, grâce à l'utilisation d'un invertébré bioindicateur, l'escargot Helix aspersa. Nous avons choisi de caractériser l'exposition, le transfert et les effets sur l'escargot de 8 formulations commerciales de fongicides et d'herbicides (Roundup® et Bypass® = glyphosate; Basta® = glufosinate; Valiant® Flash = folpel + cymoxanil + fosétyl-Al; Corail® = tébuconazole; Cabrio® Top = pyraclostrobine + métirame-Zn; Thiovit® = soufre; Bouillie bordelaise = cuivre), communément utilisées en viticulture. Une étude réalisée en conditions in situ a permis de quantifier les retombées au sol des pesticides appliqués sur la vigne, dans la parcelle et en périphérie mettant en évidence les dépôts suite à la dérive des substances. En parallèle, peu d'effets ont été démontrés sur la survie et la croissance d'escargots juvéniles placés en microcosmes et soumis aux différents traitements de pesticides, mis à part un effet inhibiteur du Roundup® sur la masse des organismes, probablement en relation avec d'importants dépôts au sol, l'accumulation et la métabolisation de la substance active dans les tissus. Une méthode d'extraction et d'analyse de deux herbicides (glyphosate et glufosinate) dans le sol a été développée afin de pouvoir mesurer les concentrations d'exposition pour diverses expériences et de caractériser leur persistance dans ce sol de vigne. Les effets du Bypass® et du Basta® ont été étudiés sur l'ensemble du cycle de vie de l'escargot en conditions contrôlées. Aucun effet significatif sur la survie et la croissance n'a été démontré bien qu'une accumulation de glyphosate ait été quantifiée chez des escargots (6 mg kg-1) nourris continuellement par de l'aliment contaminé (à 30 mg kg-1). Cependant, une exposition au glyphosate des escargots durant le développement embryonnaire semble perturber leur reproduction (diminution de la fertilité) du fait d'un effet différé de cet herbicide. Les cibles potentiellement affectées au niveau du contrôle neuroendocrine sont discutées. Tous les pesticides inhibent l'éclosion des œufs de l'escargot à des concentrations inférieures à celles appliquées au champ et l'influence des caractéristiques du sol sur leur toxicité a été démontrée. Ces effets ont été mis en évidence lors d'expériences réalisées en laboratoire dans le cadre d'un développement de bioessais d'embryotoxicité. Ces travaux de thèse ont apporté des connaissances sur le comportement, en surface et dans le sol, ainsi que dans l'escargot (transfert, toxicité), de plusieurs pesticides appliqués sur la vigne. Ils ont également permis de développer plusieurs outils (bioessais de laboratoire, dispositif d'exposition sur le terrain) visant à améliorer les procédures d'évaluation du risque des pesticides dans l'environnement terrestre. Les techniques d'analyse de ces composés mises au point pour des matrices complexes (sols, tissus animaux), constituent un apport original pour l'évaluation du risque environnemental et sanitaire. D'importantes difficultés analytiques ont été rencontrées et il n'a pas été possible de finaliser les méthodes de dosage pour la totalité des substances. Ainsi, la mesure des résidus de pesticides dans les tissus d'origine animale reste un challenge fort et qui plus est, au cœur des préoccupations environnementales actuelles.