Les milieux aquatiques constituent des réservoirs ultimes pour de nombreux polluants organiques persistants,notamment les polychlorobiphényles (PCB, composés bioaccumulables) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP, composés accumulés dans le sédiment et métabolisés par les vertébrés). Les poissons peuvent être exposés à ces polluants à plusieurs stades de vie, ce qui peut altérer leur intégrité fonctionnelle. Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les altérations physiologiques entrainées par des expositions représentatives de situations environnementales. Ainsi, d’une part, des juvéniles et adultes de poissons zèbres ont été exposés par voie trophique à des mélanges de PCB représentatifs des estuaires européens. Les résultats montrent que la bioaccumulation varie en fonction des congénères de même que le transfert vers les oeufs, et pour ce dernier, le niveau de substitution par des chlores est déterminant. Une altération de la reproduction caractérisée par une réduction du taux de fécondation et l'apparition d'une atrésie folliculaire massive ont été montrées. Ces travaux pourraient être complétés 1) au niveau moléculaire pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents et notamment l'activité perturbateur endocrinien et 2) par l'évaluation des effets au niveau des populations par une approche de modélisation. D’autre part, des embryons ont été exposés pendant 96h à des sédiments enrobés par des HAP individuels. Les phénotypes obtenus sont conformes aux effets décrits pour ces HAP et ont permis de valider la procédure d'exposition. Cette procédure pourrait être utilisée pour évaluer la toxicité de sédiments naturels après extraction de la fraction aromatique, ainsi que pour évaluer la toxicité de molécules hydrophobes. Pour être fiable dans le cadre de tests, il reste indispensable d'identifier des marqueurs précoces d'effets tardifs pour éviter de sous-estimer la toxicité d'un composé. / Aquatic environments are ultimate reservoir for many persistent organic pollutants, including polychlorinatedbiphenyls (PCBs, bioaccumulative compounds) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs, compoundsaccumulated in the sediment and metabolized by vertebrates). Fish can be exposed to these pollutants at different life stages which can alter their functional integrity. The objectives of this PhD were to assess physiological alterations following exposure to mixtures representative of environmental situations. Thus, on the one hand,juvenile and adult zebrafish were exposed through the trophic pathway to PCB mixture representative of European Estuaries. The results showed that bioaccumulation varied with the congeners as well as transfer to eggs and for the latter, the level of chlorination is decisive. Impaired reproduction characterized by a reduction in the rate of fertilization and the appearance of a massive follicular atresia were shown. This work could be completed 1) at the molecular level to better understand the underlying mechanisms including endocrine disruptive activity and 2) by the evaluation of effects at the population level by a modelling approach. On the other hand, embryos were exposed for 96 h to sediment spiked with individual PAHs. The obtained phenotypes were consistent with the effects described for these PAHs and thus validated the exposure process. This procedure could be used to assess the toxicity of natural sediment after extraction of the aromatic fraction as well as to assess the toxicity of hydrophobic molecules. To be reliable tests, it remains essential to identify early markers of late effects to avoid under estimating the toxicity of a compound.

Ce travail visait à évaluer le transport d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et de métaux dans des sols multi pollués, en s’intéressant plus particulièrement au couplage transport-réaction dans la zone non saturée du sol, selon deux axes de travail. En premier lieu, puisque de nombreux sites industriels sont multi pollués, nous avons choisi d’étudier l’influence des métaux sur la sorption des HAP et vice versa en système modèle. Nous avons montré que lors d’une pollution simultanée par du fluoranthène et du zinc, ce dernier est beaucoup moins retenu que lorsqu’il est présent seul et peut donc migrer plus facilement vers la nappe phréatique. Le plomb, quant à lui, est plus fortement retenu en présence de fluoranthène. En revanche, l’effet des métaux sur la rétention du fluoranthène est plus limité. En second lieu, nous avons évalué le transport des HAP et des métaux dans une terre d’une ancienne cokerie lorraine à plusieurs échelles : en colonne de laboratoire en conditions saturées et non saturées ainsi qu’en lysimètre de terrain, afin d’évaluer le pouvoir prédictif des sytèmes de laboratoire. Nous avons montré que les expériences en colonne de laboratoire surestiment la sortie des HAP telle qu’elle a lieu sur le terrain. En revanche, la sortie des métaux est bien prédite par de telles expériences. Mais le lysimètre ne peut pas être utilisé lors d’études de risque puisqu’il demande des durées d’expériences de plusieurs années afin d’avoir une vue globale des phénomènes qui s’y produisent. C’est pourquoi nous avons conçu un système original au laboratoire, capable d’évaluer leur transport conformément à ce qui se passe sur le terrain / PAHs and heavy metals are major soil pollutants and most of former industrial soils are co-polluted by both types of compounds. The aim of this work was to assess their transport in polluted soils under saturated and unsaturated flow conditions. This study was carried out by two approaches. First, heavy metal influence on PAH sorption and vice versa was studied with a “model” system. We showed that when the soil was simultaneously contaminated with fluoranthene and zinc, zinc retention was lower than when it was alone in the soil. As a consequence zinc would be expected to migrate more easily to the water table in co-polluted soils. Lead was more strongly retained in the presence of fluoranthene. But heavy metal influence on fluoranthene sorption was of minor importance. Then, PAH and heavy metal transport in a former coking plant soil was evaluated at the laboratory scale, under saturated and unsaturated flow conditions, by means of column experiments, and at the lysimeter scale under natural atmospheric conditions. The goal of these experiments was to compare PAH and heavy metal migration in a field-like situation with results obtained in the laboratory and to determine the appropriate experimental device for risk assessment studies. We showed that column experiments may overestimate PAH migration at the field scale. However heavy metal leaching was in accordance with what was expected from lysimeter experiments. But such experiments are rather time consuming and quite expensive, and as a consequence not adapted for risk assessment studies. Therefore we designed an original laboratory set up able to represent PAH and heavy metal migration at the field scale

Ice-templating, znm tak© jako freeze-casting, je relativnÄ jednoduchou, levnou a velmi univerzln­ technikou pro vrobu por©zn­ch keramickch struktur s ­zenou mikrostrukturou. Takto pipraven© keramick© struktury jsou pouity pro vrobu hybridn­ch keramickch kompozit, nebo jako biokeramick© scaffoldy. Hybridn­ keramick© kompozitn­ materily jsou zaloeny na napodobovn­ p­rodn­ch/ biologickch materil. Hlavn­m c­lem je napodobit v p­rodÄ se vyskytuj­c­ zhouevnauj­c­ mechanismy t­m, e por©zn­ keramick© struktury jsou po slinut­ naputÄny polymern­mi materily. Hlavn­m probl©mem pi vrobÄ por©zn­ch keramickch vzork s velkmi rozmÄry, pomoc­ metody ice-templating, je dosaen­ ­zen©ho rstu ledovch krystal v cel©m objemu vzorku. Aby tedy bylo mon© z­skat velk© keramick© vzorky s dobe definovanou lamelrn­ strukturou je teba proces ice-templatingu velmi pesnÄ kontrolovat. Biologick aktivita biokeramickch materil zvis­ na kombinaci fyzikln­ch a chemickch charakteristik, kter© silnÄ souvisej­ s jejich mikrostrukturou. Porozita scaffold mus­ bt vzjemnÄ propojen a velikost­ pr dostateÄnÄ velk pro spÄn rst kostn­ tknÄ v cel©m objemu implanttu. Prezentovan disertaÄn­ prce je zamÄena na problematiku zvÄtovn­ rozmÄr keramickch vzork pipravench pomoc­ metody ice-templating, vytvoen­ v­cerovov© porozity uvnit vzork a vrobu hybridn­ch keramickch kompozit pro balistickou ochranu. Keramick© suspenze pro ice-templating byly spÄnÄ pipraveny z rznch prk (zejm©na hydroxyapatitu a oxidu hlinit©ho s rznm plnÄn­m keramick©ho prku od 7,5 obj.% do 45 obj.%. Byl tak© studovn vliv aditiv na utven­ lamelrn­ drsnosti a mezilamelrn­ch pemostÄn­. V souÄasnosti je zkoumn dopad tÄchto strukturn­ch prvk na vsledn© mechanick© vlastnosti. Hybridn­ kompozity oxid hlinit/polymer byly spÄnÄ navreny a pipraveny z destiÄek z oxidu hlinit©ho pipravench metodou ice-templating s d©lkou lamel a 70 mm a rznch polymern­ch pryskyic. Byla testovny mechanick© vlastnosti hybridn­ch kompozit oxid hlinit/polymer a vsledky ukzaly, e ice-templating je robustn­ metodou pro vrobu hybridn­ch kompozit keramika-polymer s dobrm pomÄrem pevnost/hustota. Avak balistick© testy hybridn­ch kompozit oxid hlinit/polymer odhalily, e vÄtina kompozit vytvoench v rmci t©to prce nebyla schopna ÄinnÄ zastavit stely s prbojnm jdrem. Ukzalo se, e kombinace procesu ice-templating a nep­m©ho 3D tisku umouje vrobu biokeramickch scaffold pro kostn­ nhrady z hydroxyapatitu s v­cerovovou porozitou, co by se mohlo ukzat jako prospÄn© pro vvoj bioaktivn­ch vysoce por©zn­ch scaffold se zvenou biologickou aktivitou. Ice-templating tak© vznamnÄ ovlivnil zmÄnu fzov©ho sloen­ bÄhem slinovn­ hydroxyapatitovch vzork.

Proposer l’adoption de la procédure de phytoremédiation des sites de déversement d’hydrocarbures au Cameroun nécessite des arguments scientifiques vérifiés. L’objectif principal de cette thèse est de (i) faire une étude floristique des sites de déversement anarchique de produits pétroliers au Cameroun, (ii) tester les potentialités de phytoremédiation de quelques espèces végétales sur des sols contaminés au fioul domestique, (iii) évaluer l’effet de différentes concentrations d’hydrocarbures sur la morpho-anatomie et la physiologie des plantes, (iv) modéliser le transfert sol-plante des HAP. Les prospections floristiques des sites de déversement d’hydrocarbures menées dans 4 villes du Cameroun ont permis d’identifier 106 espèces appartenant à 76 genres et 30 familles ; dont seules 15 espèces sont qualifiées de polluo-tolérantes. Les expérimentations ont permis de montrer que toutes les 3 espèces (C. dactylon, E. indica et A. sessilis) sont impliquées dans les processus de rhizodégradation des HCT et HAP ; E. indica and C. dactylon ayant favorisé une meilleure phytoextraction de quelques HAP comparé à A. sessilis. La modélisation mécaniste du transfert sol-plante des HAP a confirmé ces observations. La tolérance aux HAP est plus accrue chez E. indica et C. dactylon par rapport à A. sessilis. La culture mixte de E. indica et C. dactylon est très impactée par les HAP. En culture seule, le ralentissement des processus physiologiques de C. dactylon dans les sols pollués n’a pas d’impacts majeurs sur ses capacités phytoremédiatrices. Ceci permet donc de recommander C. dactylon pour la gestion durable des sols pollués par les hydrocarbures dans le monde entier en général, et au Cameroun en particulier ; pour des pollutions de sols n’excédant pas 33500 ppm. / To propose the implementation of phytoremediation process to clean up oil spill sites in Cameroon requires verified scientific arguments. The main objective of this thesis is to (i) carry out a floristic study of anarchic oil spill sites in Cameroon, (ii) test the phytoremediation potential of some plant species in soils contaminated with fuel oil, (iii) evaluate the effect of different hydrocarbon concentrations on morpho-anatomy and plant physiology, (iv) modelling the soil-plant transfer of PAHs. Floristic surveys of oil spill sites carried out in 4 Cameroonian cities have identified 106 species belonging to 76 genera and 30 families; amoung which 15 species are qualified as polluo-tolerant. Experiments have shown that the (C. dactylon, E. indica and A. sessilis) are involved into rhizodegradation of TPHs and PAHs; E. indica and C. dactylon having promoted a better phytoextraction of some PAHs compared to A. sessilis. Mechanistic modelling of the soil-plant transfer of PAHs confirmed these observations. Tolerance to PAHs is higher for both E. indica and C. dactylon than A. sessilis. The mixed cropping of E. indica and C. dactylon is highly impacted by PAHs. Cropping alone, the slowing down of C. dactylon's physiological processes in polluted soils does not have a significant impact on its phytoremediation potentialities. This makes it possible to recommend C. dactylon in the sustainable management of hydrocarbon-polluted soils worldwide in general, and particularly in Cameroon; for soil pollution not exceeding 33500 ppm.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des polluants dont la concentration est réglementée dans l’air ambiant, en raison de leurs caractères cancérigène et/ou mutagène. Ces composés, émis lors de combustions incomplètes, peuvent réagir dans l’atmosphère avec les principaux oxydants atmosphériques pour former des dérivés oxygénés (OHAP) et nitrés (NHAP), dont la toxicité est potentiellement encore plus importante. Dans ce contexte, ce travail a été réalisé par la combinaison de deux approches complémentaires : études de réactivité en atmosphère contrôlée et études de terrain, afin de mieux comprendre le devenir (formation/dégradation) de ces composés dans l’atmosphère. Ainsi, des particules naturelles, prélevées dans l’air ambiant, ont été exposées en réacteur à différents oxydants atmosphériques(O3, OH et NO2/O3). Les résultats montrent la dégradation effective des HAP et le benzo[a]pyrène, seul HAP réglementé aujourd’hui en Europe, apparait comme le composé le plus réactif. De plus, la formation significative de OHAP et NHAP a été mise en évidence, même si les quantités observées sont trop faibles pour boucler le bilan de masse, illustrant la formation de produits non détectés/détectables dans ce travail. La dégradation des HAP ayant été démontrée sur des particules naturelles, la question du lieu majoritaire de dégradation (atmosphère/support de prélèvement) a été étudiée au cours de différents échantillonnages atmosphériques, mettant en parallèle des préleveurs équipés ou non de pièges à ozone de type dénudeur. Ces études, bien que n’ayant pas permis de répondre définitivement à cette question, ont montré la formation de certains dérivés de HAP sur les supports d’échantillonnage. Suite à ces conclusions, des mesures ont été déployées sur le terrain, sur des sites de typologies différentes dans la région parisienne. Les concentrations en HAP, OHAP et NHAP mesurées se sont avérées 10 fois plus importantes sur un site trafic que sur un site périurbain. De plus, les différentes espèces mesurées sur chacun des sites ont montré que, contrairement aux HAP et OHAP, les NHAP majoritaires différaient selon la typologie du site. Ainsi, le site trafic a été identifié comme étant majoritairement influencé par des sources primaires, à l’opposé du site périurbain sur lequel les espèces secondaires étaient plus abondantes. Les études granulométriques ont montré que la distribution entaille des OHAP et NHAP particulaires était liée à leurs origines (primaire/secondaire). De plus, les OHAP et NHAP apparaissent associés à 85 % à la fraction la plus fine de l’aérosol (Dp < 2,5 µm), accentuant l’intérêt de leur étude d’un point de vue sanitaire. Enfin, la combinaison de l’étude de la distribution granulométrique de certains composés identifiés comme primaire ou secondaire, à celle des profils chimiques des NHAP ouOHAP, a permis de proposer des pistes quant à l’origine majoritaire de ces familles de composés dans l’air ambiant. / Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) concentrations are regulated in ambient air because of theirmutagenic and carcinogenic properties. They are largely emitted by combustion processes and may react withmain atmospheric oxidants to form oxygenated (OPAH) and nitrated (NPAH) derivatives, which can be moretoxic than their parent PAHs. In this work, PAH derivatives were studied using the combination of twocomplementary approaches: laboratory reactivity experiments in controlled conditions and field studies, inorder to better understand their source and fate in the atmosphere. Reactivity study of PAHs adsorbed onnatural particles was carried out by exposing ambient particles to atmospheric oxidants (O3, OH and NO2/O3)in appropriate reactors. Large decays of PAH concentrations were observed, benzo[a]pyrene (B[a]P, which isthe only regulated PAH in Europe), appearing as the most reactive. The formation of OPAHs and NPAHs wasshowed. Nevertheless, quantities of both NPAHs and OPAHs formed were not sufficient to explain the totalamount of PAHs that react, highlighting the formation of other compounds, not detected in this work. PAHdegradation may occur in the atmosphere during the transport of air masses or directly on the filter during thesampling. The study of the major degradation processes was performed during field studies, using two highvolume samplers, one being equipped with an ozone scrubber. Even if, results were not enough to clearlyconclude about the relative importance of both degradation processes, the significant formation of some PAHderivatives on the sampling filter was observed. Then, field campaigns were led on different typologies ofsampling sites around Paris. PAH, OPAH and NPAH concentrations were about ten times higher at traffic sitethan at the suburban one. Moreover, for both OPAHs and PAHs, the major compounds were similar at bothsites, in contrary to the case of NPAHs that appeared different. The traffic site appeared strongly influenced byprimary emissions, whereas high amounts of secondary species were quantified at suburban site. Particle sizedistribution of OPAHs and NPAHs showed their strong association to the finest part of aerosols (Dp < 2.5 μm),highlighting the strong interest of this study considering sanitary impacts. Finally, the study of the particle sizedistribution of primary and/or secondary identified compounds, combined with chemical NPAH and OPAHprofiles, allowed to provide indications about the major origin of PAH derivatives in the atmosphere.

Dans ce travail, deux méthodes d'extraction multi-résidus de contaminants présents dans des sédiments ont été développées. Dans la première partie de cette étude, une méthode a été développée pour l’'extraction simultanée de deux familles de métabolites oxygénés d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les quinones et les HAP hydroxylés (OH-HAP). Une approche chimiométrique a permis de déterminer les paramètres influant sur l’extraction assistée par micro-ondes (MAE) et une zone de compromis a été trouvée pour extraire de manière optimale les deux familles de composés. Deux méthodologies d’analyses chromatographiques ont été développées et validées pour analyser les extraits, puis comparées, à savoir la chromatographie liquide haute performance couplée aux détections UV et fluorimétrique (HPLC-UV-Fluo) et la chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse par impact électronique (CPG-SM). En CPG-SM, des réactions de silylation des OH-HAP et d’acétylation des quinones ont dû être mises au point, afin d’abaisser les limites de détection (LD), en particulier pour les ortho-quinones. En HPLC-UV-Fluo, les LD étaient plus faibles qu’en CPG-SM, surtout pour les OH-HAP détectés en Fluo et l'analyse était plus rapide, sans processus de dérivation; mais la détection n’étant pas sélective, l’identification des analytes s’est avérée hazardeuse. Le choix s’est donc porté sur la CPG-SM pour une analyse plus fiable des deux familles de composés de matrices sédimentaires naturellement contaminées. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, une nouvelle méthodologie d'extraction a été développée et validée, basée sur la dispersion en phase solide de la matrice solide (MSPD), capable d'extraire mais aussi de purifier l’échantillon, méthodologie par ailleurs simple et rapide. Deux familles de composés ont été extraits simultanément à partir de sédiments, les HAP et les polychlorobiphényles (PCB). Un certain nombre de paramètres ont été optimisés, tels la nature des agents dispersants, le temps de broyage, le volume et la nature du mélange de solvants d’élution. Dans un deuxième temps, l'introduction des OH-HAP dans le processus analytique a amené à coupler à la MSPD une autre méthode d’extraction/purification beaucoup plus sélective, basée sur les polymères à empreintes moléculaires (MIP). En effet, les interférents polaires, restés piégés par l’agent dispersant polaire dans la première cartouche contenant le sédiment broyé, devaient être élués afin de libérer les OH-HAP, qui a leur tour devaient être retenus sélectivement dans un MIP empreint pour les phénols, pour fournir une élution finale exempte d'autres composés. Il a été montré que ces MIPs pouvaient extraire sélectivement les OH-HAP de faible et de haut poids moléculaire, mais il fallait choisir soigneusement le solvant de percolation pour ne pas endommager le polymère. Cependant, la difficulté principale a été de désorber les OH-HAP fortement retenus par le sédiment par liaison hydrogène. Cela a pu être réalisé pour les OH-HAP légers, en utilisant un mélange de solvants avec un effet de relargage par un sel, mais pas pour les OH-HAP lourds, trop fortement adsorbés sur la matrice sédimentaire. Par ailleurs, il a fallu utiliser une grande quantité de polymère à empreinte moléculaire à cause de la compétition pour les sites de reconnaissance entre les OH-HAP et des composés phénoliques. / In this work two multiresidual methods for extracting contaminants from sediments were developed. In the first part of this study, a method was developed for extracting simultaneously two groups of oxygenated metabolites of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), quinones and hydroxylated PAHs (hydroxy-PAHs). A chemometric approach allowed us to determine the influential parameters on microwave assisted extraction (MAE), and a compromise could be found for extracting quantitatively both families of compounds. Two chromatographic analytical methodologies were developed and validated for analysing the extracts: high performance liquid chromatography coupled with fluorimetric and ultraviolet detection (HPLC-UV-FLD) and gas chromatography coupled with an electronic impact mass spectrometer (GC-MS). Using GC-MS, reactions of silylation of hydroxy-PAHs and of acetylation of quinones had to be developed, to decrease detection limits (LOD), particularly for ortho-quinones. Using HPLC-UV-FLD, LODs were lower than using GC-MS, particularly for hydroxy-PAHs detected by FLD, and the analysis was faster, without derivatization; but the detectors were not selective, and identification of analytes was doubtful. Choice was done to favour GC-MS for a more reliable analysis of the two families of compounds extracted from naturally contaminated sediments. In the second part of this thesis work, a new fast and simple extraction methodology was developed and validated, based on matrix solid phase dispersion (MSPD), capable of extracting and purifying simultaneously sediment samples. Two families of compounds were simultaneously extracted from sediments, PAHs and polychlorobiphenyls (PCBs). Many parameters were optimized, as the nature of dispersing agents, the time of grinding, the volume and nature of elution solvent mixtures. In a second step, hydroxy-PAHs were introduced in the analytical process, which led us to add another more selective extraction/purification method to MSPD, based on molecularly imprinted polymers (MIPs). Indeed polar interfering compounds, trapped by the polar dispersant in the first cartridge containing the blended sediment, had to be eluted to release hydroxy-PAHs, which in turn had to be selectively retained by the polymer, imprinted for phenols, to provide a final eluate free from other polar compounds. It was demonstrated that those MIPs could selectively extract low and high molecular weight hydroxy-PAHs, but appropriate percolating solvents had to be chosen to avoid polymer damages. However, the main difficulty was to desorb hydroxy-PAHs strongly retained by the sediment matrix through hydrogen bonds. It could be achieved for light hydroxy-PAHs, using a mixture of eluting solvents with salting-out effect, but not for heavy hydroxy-PAHs which stayed strongly sorbed on the sediment matrix. Furthermore we needed to use high amounts of imprinted polymer because of the competition for recognition sites between hydroxy-PAHs and phenolic compounds.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l’atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L’objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d’identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l’objet d’une validation et d’une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l’expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d’exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l’atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n’a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ – 25%) par l’exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l’allocation de biomasse et l’allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l’utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants potentially mutagenic and carcinogenic. Transfer from the atmosphere to ecosystems, especially to plants, conditioning their entry into food chains, but the terms of this transfer are still poorly understood. The aim of this study was to characterize the transfer and identify the biological effects of atmospheric PAHs on soil-plant-symbiotic microorganisms.An experimental device was designed to recreate in the laboratory air pollution with phenanthrene (PHE) as a model PAH. The device was been validated and a calibration developed in an original way by a dual approach combining the experimental mathematical simulation. The levels of exposure to pollutant (150 mg m־³), controlled by passive samplers, were relevant with field conditions. This device has been used to expose a month of the soil-plant micro-organisms in the PHE through the air.Various studies have demonstrated a transfer of PHE from the atmosphere to all compartments of the microsystem, with a major accumulation to leaves in clover or ryegrass (respectively 170 and 70 µg g ־¹ dry weight) and a phloemic transfer to the roots is suggested. In clover, mycorrhization was not affected, while the number of active nodules decreased significantly. Unlike roots, aboveground biomass of clover was significantly affected (approximately – 25%) by exposure to air PHE, suggesting an impact on the carbon metabolism of the plant. A labelling experiment with ¹³C- CO2 in clover has actually shown a negative impact of PHE air on growth, biomass and carbon allocation.In conclusion, these studies have not only characterized the biological and physiological effects of atmospheric PAHs on plants but also proposed the use of mycorrhizal potential as an indicator of air pollution by PAHs.

Ce travail vise à étudier le couplage entre écoulement et interactions physico-chimiques dans les sols, dans différentes conditions de saturation en eau, afin d’améliorer la prédiction du devenir des polluants. Il s’agit de comprendre en quoi le taux de saturation du milieu affecte la réactivité du sol vis-à-vis des polluants, et d’évaluer le pouvoir prédictif du transport de solutés réactifs étudié en milieu saturé sur la réactivité en conditions non saturées. Différents processus sont considérés : l’échange de cations calcium-zinc sur un milieu poreux modèle (sable-kaolinite), la sorption et désorption d’un composé organique sur une terre non contaminée, le transport de polluants prioritaires tels que les HAP sur une terre de friche industrielle. Dans chaque cas, des expériences en colonne de laboratoire ont été conduites en conditions d’écoulement saturé et non saturé permanent, permettant tout d’abord la caractérisation de l’hydrodynamique, puis l’étude du couplage avec la réactivité. Les courbes de percée obtenues ont été ensuite modélisées avec des codes tels que CXTFIT. On a montré l’influence de la teneur en eau du milieu sur le transport réactif, variable suivant le type de réaction considéré, la structure des milieux jouant également un rôle important. L’échange d’ions sur le milieu modèle n’est globalement pas affecté par la teneur en eau, dans une gamme proche de la saturation. En revanche, une plus forte sorption et une plus faible mobilisation des polluants organiques ont été observées en conditions non saturées. Le transport réactif de ces composés ne peut donc pas être prédit en conditions non saturées à partir de mesures en milieu saturé, qui peuvent surestimer le transport / The aim of this work was to study the link between water flow and physical and chemical interactions in soils under variably water flow conditions, in order to improve the prediction of contaminants fate. It deals with understanding how the porous media water content can modify soil reactivity towards contaminants, and assessing the possibility to predict reactivity under unsaturated conditions with reactive solute transport studied in saturated porous media. Various processes were considered: cations exchange calcium-zinc on a model porous media (sand-kaolinite), sorption and desorption of an organic compound on a non polluted soil, transport of priority contaminants such as PAHs on an industrial contaminated soil. In each case, experiments were carried out with soil columns at the laboratory scale under saturated and unsaturated steady-state flow conditions, in order to characterize at first hydrodynamics and then to study the link with reactivity. Modeling of the breakthrough curves was then performed with codes such as CXTFIT. We showed an influence of porous media water content on reactive transport which was different as a function of the interaction. Porous media structure must also be taken into account. Ions exchange on a model porous media was not globally modified by the water content varying in a range close to saturation. On the contrary, higher sorption and lower migration of organic contaminants were observed under unsaturated conditions. Reactive transport of these compounds cannot therefore be predicted under unsaturated conditions with tests performed on saturated porous media which may overestimate transport

Le développement des outils analytiques pour l'analyse de la matière organique complexe en géochimie organique a connu de nombreuses avancées ces dernières années. Ce développement a permis de répondre à un grand nombre de questions quant à la composition de la matière organique. Cependant, beaucoup des points restent encore à élucider comme notamment la caractérisation des fractions de hauts poids moléculaires ainsi que le suivi de la réactivité de la matière organique. Ce travail de thèse a eu pour objectif (i) d'adapter les techniques de spectrométrie de masse déjà existantes pour l'analyse de la matière organique fossile (notamment par la sélection de la source d'ionisation atmosphérique la plus adaptée) mais également (ii) de développer un nouveau type de couplage entre la chromatographie d'exclusion stérique (SEC) et la spectrométrie de masse APPI-QTOF pour l'analyse des fractions peu polaires de hauts poids moléculaires. L'adaptation du l'APPI-QTOF a tout d'abord permis de mieux comprendre la réactivité de contaminants organiques polyaromatiques en présence de phases minérales. Le couplage SEC-APPI-QTOF a, quant à lui, permis d'améliorer les connaissances sur la structure des asphaltènes. Cependant, malgré la « simplification » rendue possible par la SEC, la très grande quantité d'informations reste difficile à interpréter et prend beaucoup de temps. Un modèle mathématique a donc été développé basé sur des analyses numériques et statistiques des spectres de masse, permettant de les comparer entre eux afin de distinguer l'origine des échantillons et de suivre l'impact de processus physico-chimiques (altérations naturelles - traitements de remédiation). / The development of analytical tools for organic geochemistry analysis has increased these past years. This development has allowed answering many questions about organic matter composition. However, many issues remain to be clarified including the characterization of high molecular weight fractions and monitoring the reactivity of organic matter. This thesis has focused on both (i) existing method improvements for fossil organic geochemistry analysis but also on (ii) developing a new type of coupling between the size exclusion chromatography (SEC) and the APPI-QTOF mass spectrometry for high molecular weight weakly polar fractions. Adjustments on APPI-QTOF mass spectrometry have allowed a better understanding of polyaromatic organic contaminant reactivity in presence of mineral matrices. The success of this coupling has allowed a better understanding of the structure of asphaltenes. However despite the "simplification" obtained by the SEC, the large amount of information remains difficult to interpret and time-consuming. A mathematical model has been developed based on numerical and statistical analysis of mass spectra, allowing direct comparison of mass spectra and being able to identify several types of information such as origins of samples, monitoring of physico-chemical processes and also the efficiency of soil recovery treatments as well as the identification of analytical protocols.

Dans le domaine de l'ingénierie du cartilage, les hydrogels à base d'alginate (Alg) et de cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont utilisés comme biomatériaux pouvant être utilisés pour combler des lésions cartilagineuses plus ou moins profondes. Cependant, pour reproduire l’organisation zonale du cartilage, des biomatériaux multiphasiques sont nécessaires. Afin de guider la différenciation des CSM dans les différentes strates du biomatériau, sans apports de facteurs de croissance, des composants naturels du cartilage (acide hyaluronique, HA) ou de la matrice osseuse (hydroxyapatite, Hap) peuvent être ajoutés à l’alginate. L’objectif de ce travail de thèse consiste à analyser l’impact de la composition de biomatériaux à base d’alginate enrichi soit en HA soit en Hap sur le comportement des CSM. La première partie de notre travail à consister à évaluer le comportement des CSM issues de la gelée de Wharton dans ces hydrogels. Nos résultats mettent en évidence que les hydrogels d’Alg/Hap possèdent non seulement de meilleures propriétés mécaniques que les hydrogels Alg/HA et favorisent la viabilité des CSM ainsi que leur différenciation par rapport aux CSM ensemencées dans un hydrogel d’Alg/HA. La méthode de stérilisation du biomatériau représente une étape incontournable, dont on doit impérativement évaluer les multiples effets, en particulier pour ce qui touche au comportement des cellules, mais aussi au maintien de l’intégrité des propriétés physicochimiques de l'hydrogel. Ainsi, dans une seconde partie du travail, nous avons montré que le traitement de stérilisation par autoclave induisait un effet négatif sur les caractéristiques initiales de l'hydrogel à base d'alginate. Il ressort également de cette investigation sur les modes de stérilisation, que la stérilisation des hydrogels avec des UV est plus efficace et permet de préserver au mieux les propriétés spécifiques de l'hydrogel, notamment de l’Alg/HA. Enfin, dans une troisième partie de notre travail, nous avons évalué l’évolution des propriétés mécaniques au cours de la différenciation et l’impact de celles-ci sur la différenciation des CSM ainsi que sur leurs propriétés immunomodulatrices. À partir de ces résultats, nous avons montré que les caractéristiques physico-chimiques des hydrogels d’Alg/ha et Alg/hap influençaient non seulement le potentiel de différenciation des CSM-GW mais également la sécrétion des facteurs solubles impliqués dans l’immunomodulation. Ces propriétés physico-chimiques étant influencées dès le procédé de stérilisation, il est alors conseillé de les prendre en compte dans toutes les étapes de l’ingénierie tissulaire / In the field of cartilage engineering, alginate (Alg)-based hydrogels and mesenchymal stem cells (MSC) are widely used as raw biomaterials and stem cells which can be used to fill cartilage lesions of varying depth. However, to reproduce the zonal organization of articular cartilage, a graft multilayer is necessary. In order to guide the differentiation of MSCs in different strata of the biomaterials, without input of growth factors, natural cartilage components (hyaluronic acid, HA) or bone matrix (hydroxyapatite, Hap) can be added into the alginate. The aim of this work is to analyze the impact of the composition of alginate enriched either in HA or in Hap on the behavior of MSCs. The first part of our work is to evaluate the behavior of WJ-MSCs into these hydrogels. Our results have shown that Alg/ Hap hydrogels not only possess better mechanical properties than Alg/HA hydrogels, but also promote the viability of MSCs and their differentiation from MSC seeded into the Alg/HA hydrogel. The sterilization method of biomaterial is an essential step, the multiple effects of which must be evaluated, in particular as regards the behavior of the cells, but also to maintain the integrity of the physicochemical properties of hydrogel. Thus, in a second part of this work, we showed that the autoclave sterilization treatment induced a negative effect on the initial characteristics of alginate hydrogel. It is also apparent from this investigation of the sterilization modes that the sterilization of hydrogels with UV is more efficient and makes it possible to preserve the specific properties of the hydrogel as best as possible, in particular Alg/HA. Finally, in a third part of our work, we also evaluated the evolution of the mechanical properties during the differentiation and the impact of these on the differentiation of MSCs and their immunomodulatory properties. From these results, we have shown that the physico-chemical characteristics of Alg / ha and Alg/hap hydrogels influence not only the differentiation potential of WJ-MSC but also the secretion of soluble factors involved in immunomodulation. Since these physicochemical properties are influenced by the sterilization process, it is advisable to take them into account in all stages of tissue engineering