Ce travail a pour but d'étudier la dynamique des éléments traces (ETs) dans la colonne d'eau d'une rivière anthropisée : l'Orge. La partie amont du bassin versant draine en majorité des terrains boisés et des terres agricoles, et vers l'aval, des zones urbanisées de plus en plus denses jusqu'à son exutoire dans la Seine, au sud de Paris. Quatre campagnes de prélèvements ont été effectuées le long de l'Orge suivant une année hydrologique (2010/2011). Le suivi spatio-temporel des concentrations dans la phase dissoute (< 0,45 µm) et dans les matières en suspension (MES) a été associé à des outils de traçage isotopique (δ34S [SO42-], 206Pb/207Pb) pour comprendre la dynamique de la partition des ETs ainsi que pour caractériser leurs sources en rivière sous pression urbaine. Une caractérisation fine de la spéciation solide du zinc, contaminant inorganique majeur en rivière dans ce bassin versant a été effectuée en couplant diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et à transmission associée à la microanalyse, et spectroscopie d'absorption des rayons X sous rayonnement synchrotron. Les résultats géochimiques caractérisent les rejets de ruissellement et les rejets liés à l'assainissement comme des sources majeures d'ETs en rivière. Les résultats des analyses isotopiques ont permis de créer un indicateur de la pression anthropique en rivière, traçant à la fois les compartiments dissous et particulaire, tout en tenant compte des paramètres physico-chimiques des eaux et de l'hydrodynamisme. L'analyse de la spéciation solide du zinc dans les MES a permis d'identifier les phases porteuses principales de cet élément comme étant les oxyhydroxydes de fer et manganèse à composante phosphatée, la calcite, les phases argileuses et la silice amorphe. La microscopie confirme l'existence de ces phases ainsi que l'existence de phases porteuses accessoires dans la colonne d'eau oxygénée, notamment des sulfures. Plus généralement, l'ensemble de ces investigations a permis de mieux comprendre le fonctionnement des cycles biogéochimiques des ETs en rivière urbanisée, et offre de nouvelles perspectives de recherche encore largement sous exploitées grâce à l'analyse conjointe de la spéciation et de l'isotopie des métaux.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la technique de l'ionisation résonante (qui consiste à ioniser un atome par faisceaux laser) que nous avons appliqué dans deux domaines importants en physique nucléaire : la production sélective de faisceaux d'ions radioactifs exotiques et l'étude de leurs propriétés dans le cadre d'une expérience de spectroscopie laser sur les isotopes de tellure. <br /><br />La naissance du projet ALTO (Accélérateur Linéaire auprès du Tandem d'Orsay) à l'IPN d'Orsay a fait émerger l'idée d'installer une source d'ions laser. A cet effet, une étude de faisabilité a été entreprise avec une installation laser à faible cadence (30 Hz) celle-ci devant être étendue à 20 kHz sur la future installation de faisceaux radioactifs (ALTO). Après un premier faisceau d'étain ionisé avec succès par cette source, nous avons poursuivi l'étude avec un faisceau de cuivre. Nous avons d'abord effectué des tests de schémas d'ionisation du cuivre stable : un schéma vers le continuum et deux schémas vers des états autoionisants voisins. Le schéma le plus efficace commence par une étape d'excitation de longueur d'onde λ1 = 249.2 nm suivie d'une longueur d'onde d'ionisation λ2 = 439.92 nm. Celle-ci correspond à un état autoionisant situé à 62845 cm-1 non connu auparavant et voisin des deux autres états autoionisants sélectionnés au départ. L'efficacité d'ionisation laser avec ce schéma a été mesurée et elle est semblable à celle prédite par la théorie. <br /><br />L'ionisation résonante par faisceaux laser est également utilisée dans des expériences de spectroscopie auprès de COMPLIS à ISOLDE au CERN. La technique dans ce cas consiste à effectuer un balayage en fréquence autour de la transition d'excitation des atomes pour sonder leur structure hyperfine. Cette étape sera suivie de l'étape d'ionisation pour ioniser les atomes et les détecter. La spectroscopie laser nous permet de déterminer la structure hyperfine et le déplacement isotopique des atomes. Nous avons utilisé cette technique pour étudier les isotopes de tellure sur une longue chaîne isotopique 125m, 127mg, 129mg, 131mg, 132, 133mg, 134, 135 et 136Te. A partir des déplacements isotopiques mesurés nous avons déterminé la variation du rayon carré moyen de charge qui fait apparaître une rupture de pente du rayon de charge à N = 82 : la déformation du noyau diminue jusqu'à N = 82 où elle atteint la sphéricité puis elle augmente au-delà. <br />La mesure de la structure hyperfine des isotopes impairs de tellure nous a permis de déterminer les constantes de structure hyperfine des isotopes 135 et 133 dans leur état fondamental (Iπ = 7/2- et 3/2+ respectivement) et des isotopes 125, 127, 129, 131 et 133 dans leur état isomérique (Iπ = 11/2-). A partir de ces constantes nous avons extrait les moments nucléaires : µI et Qs. La comparaison des valeurs des moments magnétiques µI expérimentales avec les valeurs de moments existantes dans la littérature mesurées par résonance magnétique nucléaire nous donne un parfait accord.<br />L'extraction des valeurs des déformations à partir des moments quadrupolaires spectroscopiques en supposant une symétrie axiale conduit à une quasi sphéricité pour tous ces noyaux. Malgré les grandes barres d'erreurs, elles sont semblables aux valeurs des moments quadrupolaires des isotopes d'étain.

Les chondrites ont une Matière Organique héritée du nuage présolaire, ayant subi des processus<br />altérants dans la nébuleuse proto-solaire et sur le Corps Parent (Altération Aqueuse, Métamorphisme<br />Thermique), qui ont perturbé les informations primaires. Le MT subi par les chondrites est ici abordé<br />à partir de la MO, transformée de façon irréversible sous l'effet du MT. La structure de la MO de plus<br />de 30 chondrites (CO3, CV3, UOC) a été quantifiée par spectrométrie Raman et la texture de certaines<br />par HRTEM. Minéralogie et pétrographie ont aussi été considérées. Un nouvel outil d'évaluation interclasse<br />du MT subi par les chondrites est défini : cohérent avec d'autres traceurs (concentration en<br />nanodiamants, pétrographie, composante P3), indépendant de l'AA, sensible à la Température de Pic de<br />Métamorphisme. Une TPM est évaluée pour les chondrites les plus métamorphisées : 330°C (Allende).<br />De nouveaux types pétrographiques sont attribués, les limitations de l'échelle pétrographique actuellement<br />définie soulignées. Une nouvelle est proposée, basée sur un paramètre spectral Raman. Certaines<br />caractéristiques pétrographiques sont réinterprétées. Ce travail montre que les précurseurs organiques<br />des chondrites ordinaires et carbonées (CO3, CV3) sont chimiquement et structuralement proches. Il<br />souligne la nécessité de prendre en compte les processus post-accrétion dans la compréhension des signatures<br />isotopiques (D, 15N), que des échanges isotopiques D-H ont eu lieu sur le CP, que la phase<br />porteuse de l'15N est très sensible aux processus secondaires. L'hypothèse de précurseurs interstellaires<br />de la MO chondritique est ici favorisée.

Le nitrate, produit de la fin de chaîne de réaction des oxydes d'azotes de l'atmosphère (NOx = NO +NO2), est l'un des ions le plus abondant de la neige et de la glace polaire. Ses rapports isotopiques stables (δ18O, δ15N et Δ17O) ont été abondamment utilisés pour contraindre ses sources et les chemins réactionnels. De plus, le nitrate archivé dans les carottes de glace profondes peut apporter de nouvelles contraintes sur les conditions climatiques passées. Cependant, le dépôt de nitrate dans les régions polaires à faible accumulation est réversible en raison des processus post-dépôts, compliquant l'interprétation des enregistrements. Actuellement, il existe des enregistrements de nitrate issus de carottes de glace profonds couvrant de l'information climatique sur plusieurs milliers d'années dont leur interprétation dépend d'une quantification précise ces phénomènes post-dépôts. Nous avons étudié expérimentalement le transfert d'excès-17O de l'ozone durant la réaction en phase gaz de NO2 + O3  NO3 + O2, qui est une réaction importante de la chimie nocturne de formation du nitrate. De cette étude nous avons déterminé la fonction de transfert du 17O donnée par : ∆17O(O3*) = (1.23 ± 0.19) × ∆17O(O3)bulk + (9.02 ± 0.99). Nous avons aussi évalué la distribution intramoléculaire des isotopes de l'oxygène de l'ozone et observé que l'excès d'enrichissement résidait de manière prépondérante sur les atomes terminaux de l'ozone. Ces résultats auront une implication importante sur la compréhension de la formation du nitrate via les mécanismes d'oxydation des précurseurs NOx. L'impact de la photolyse sur les concentrations et les compositions isotopiques stables du nitrate est étudié dans ce travail de thèse sur la base d'étude de laboratoire et de terrain. Une étude de laboratoire a été conduite en irradiant de la neige naturelle de Dôme C avec une lampe UV à xénon et en utilisant différents filtres UV (280 nm, 305 nm et 320 nm). Sur la base des mesures des rapports isotopiques de l'oxygène et de l'azote, la dépendance aux longueurs d'onde des fractionnements isotopiques a été déterminée. En conséquence, en présence de lumière UV de haute énergie, le fractionnement isotopique est décalé vers des valeurs moins négatives et vice versa. Sur la base des fractionnements isotopiques obtenus en laboratoire, nous avons dérivé un décalage apparent de la valeur du zéro point d'énergie (ZPE) qui apporte une meilleure contrainte sur la section efficace d'absorption du 15NO3-. Ce décalage apparent est obtenu en minimisant les écarts entre les observations et les fractionnements isotopiques calculés basés sur un modèle de décalage ZPE, modèle qui inclut outre le décalage ZPE, le changement des largeurs, de l'asymétrie et de l'amplitude des sections efficaces d'absorption lors de la substitution isotopique. Nous avons validé le nouveau ZPE apparent en conduisant une étude de terrain à Dôme C, Antarctique. Dans cette étude, un dispositif expérimental a été construit sur le site et l'effet du rayonnement solaire UV sur la photolyse du nitrate de la neige investigué. Cette étude était basée sur la comparaison de deux puits remplis par de la neige soufflée homogénéisée dont l'un des deux puits n'était pas soumis aux rayonnements UV. Le fractionnement isotopique de 15N pour la neige exposée aux UV (-67.9 ± 12 ‰) est en bon accord avec le modèle de décalage ZPE estimé au cours de ce travail de thèse (-55.4 ‰). Ces valeurs sont aussi dans la gamme des fractionnements isotopiques apparents observée précédemment au Dôme C. Nous pensons que l'inclusion des ces nouvelles connaissances dans un modèle prédisant l'enrichissement du 15N dans les carottes de glace permettra une interprétation quantitative de l'information préservée dans la glace.

Cette thèse visait (i) à quantifier la variabilité de l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) chez le peuplier noir (Populus nigra L.), (ii) à juger de sa plasticité phénotypique en réponse à des contraintes hydrique et thermique et (iii) à juger des liens entre WUE, croissance et survie. A cette fin, des études à partir de semis, en chambre de croissance et en milieu naturel, ainsi qu'à partir de populations installées en dispositifs de pépinière ont été réalisées. Nos travaux ont permis de montrer une importante variabilité et une importante plasticité du caractère 'efficience d'utilisation de l'eau' quels que soient l'échelle d'étude, le fond génétique et les conditions de croissance. Une diminution de WUE a été observée en réponse à la contrainte thermique alors qu'une augmentation de WUE a été observée en réponse à un déficit hydrique modéré. Nos travaux démontrent également un lien entre WUE et la survie sous de fortes températures suggérant que sous ces conditions, une faible efficience d'utilisation de l'eau conférerait un avantage pour les individus. De plus in situ, un lien négatif entre WUE et la densité de régénération a été observé démontrant que les plus faibles valeurs de WUE sont observées pour les plus fortes densités. Le caractère 'efficience d'utilisation de l'eau' pourrait donc s'avérer un caractère limitant de la régénération de l'espèce dans des conditions d'augmentation de température ; une telle augmentation pourrait alors avoir une conséquence directe sur la structuration génétique des populations futures. Ces travaux suggèrent enfin une structuration géographique de la variabilité de WUE qui reste à confirmer à partir d'un plus grand nombre de populations. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour l'identification des bases physiologiques à l'origine des variations de WUE, de sa plasticité et de sa structuration géographique.

L'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre l'influence d'anciens sites miniers sur la contamination en métaux (Cd, Hg, Tl, Pb, Zn) et métalloïdes (As, Sb) de l'hydrosystème aval. Une attention particulière a été portée à l'antimoine (Sb), dont le comportement dans les cours d'eau contaminés par les drainages miniers reste mal connu et dont la signature isotopique pourrait permettre de tracer différentes sources et processus. Le site d'étude est le bassin des Gardons dans le Gard ; ce cours d'eau Cévenol draine de nombreux sites miniers abandonnés (Pb, Zn, Sb, charbon). L'enrichissement en métaux et métalloïdes a été étudié dans les sédiments actuels et anciens du bassin des Gardons. Un historique de la contamination métallique a été reconstitué à l'aide d'une archive sédimentaire. Les sources prépondérantes de métaux et métalloïdes dans les sédiments ont été déterminées ainsi que la mobilité potentielle de ces éléments vers la phase aqueuse. En complément, les variations de concentrations en métaux et métalloïdes dans les phases dissoute et particulaire ont été étudiées lors d'un épisode de crue grâce à un échantillonnage à haute résolution temporelle. Dans leur ensemble, les résultats montrent que les anciennes mines du bassin des Gardons contribuent à l'enrichissement en métaux et métalloïdes du cours d'eau aval, particulièrement en période de crue. Plus spécifiquement, le comportement de l'antimoine a été étudié dans un affluent du Gardon impacté par du drainage minier acide en aval de l'ancienne mine de Carnoulès et la composition isotopique de l'antimoine a été déterminée dans des eaux prélevées sur le bassin des Gardons et de l'Orb amont, après mise au point d'un protocole de purification/pré-concentration de Sb. Les résultats mettent en évidence le potentiel des isotopes de l'antimoine pour tracer l'origine de cet élément et les processus qu'il subit au cours de son transfert dans les cours d'eau impactés par du drainage de mine. / The overall objective of this thesis was to improve understanding of the influence of former mining sites on metal (Cd, Hg, Tl, Pb, Zn) and metalloid (As, Sb) contamination of the downstream hydrosystem. A special care was given to antimony (Sb), its behavior in mining-impacted streams remains poorly known and its isotopic signature could be usefull to track sources and processes. The study site is the Gardon River watershed in the south-east of France which drains many abandoned mining sites (Pb, Zn, Sb, coal). Metal and metalloid enrichment was studied in current and historical sediments of the Gardon River watershed. A sedimentary archive was used to investigate past metal contamination history. The prevailing metal and metalloid sources in sediments were determined together with the potential mobility of these elements toward the aqueous phase. In addition, dissolved and particulate metal and metalloid concentration variations were studied during a flood event using a high temporal resolution sampling. Altogether, the results suggest that former mining sites of the Gardon River watershed contribute to metal and metalloid enrichment of the downstream hydrosystem, especially during floods. More specifically, antimony behavior was investigated in a tributary of the Gardon River which is impacted by acid mine drainage originating from the disused Carnoulès mine and antimony isotopic composition was determined in waters collected in the Gardon River watershed and in the Upper Orb River after developing a protocol for preconcentrating and purifying Sb. The results highlight the potential of antimony isotopes to track the origin of this element and the processes that it undergoes during its transfer in streams impacted by mine drainage.

La spectroscopie d'absorption moléculaire est un outil incontournable non seulement pour la physique fondamentale et la métrolgie mais aussi pour des domaines aussi divers que les sciences environnementales, la planétologie ou l'astrophysique. Ces dernières années, des techniques spectroscopiques qui exploitent l'amplification résonnante d'interaction entre lumière laser et molécules dans une cavité optique ont fourni des détectivités exceptionnelles sur l'axe d'absorption, tandis que l'axe de fréquence des spectromètres n'atteignait généralement pas le même niveau de précision.Dans cette thèse, nous avons répondu à ce défi en développant la spectroscopie en cavité par temps de déclin stabilisée en fréquence par rétroaction optique (OFFS-CRDS en anglais). Cette nouvelle technique présente une combinaison unique de stabilité et résolution fréquentielles sub-kHz, d'un niveau d'intensité lumineuse intra-cavité de l'ordre du kW/cm^2, d'une detectivite de 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2) limitée par le bruit de photons, et d'une limite de détection de 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) sur une plage spectrale étroite. Ces performances inédites sont dues à l'asservissement de la cavité spectroscopique à un laser balayé en fréquence par modulation à bande latérale unique et stabilisé par rétroaction optique avec une cavité en V de réference ultrastable. Pour transférer la cohérence de ce laser sub-kHz à des lasers plus bruiteux dans d'autres gammes spectrales à travers un peigne de fréquence optique, nous avons exploré une nouvelle méthode de clonage de phase par une correction anticipative à large bande passante et démontré une erreur résiduelle de phase de 113 mrad. En appliquant l'OFFS-CRDS à la spectroscopie du CO2 à 1.6 μm, nous avons obtenu un spectre large bande avec une dynamique de 8 x 10^5, et nous avons déterminé douze fréquences de transition absolues avec une exactitude de l'ordre du kHz en mesurant des Lamb dips sub-Doppler en absorption saturée avec un dispositif équipé d'un peigne de fréquence. Par ailleurs, nous avons procédé à une analyse détaillée des sources d'erreurs systematiques en CRDS et nous avons déduit une formule analytique pour le déclin de cavité non-exponentiel dans un régime faiblement saturé qui est susceptible de contribuer à de futures mesures de moments de transition dipolaire indépendantes de la concentration. Nos résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour des applications métrologiques de l'OFFS-CRDS, comme par exemple l'étude de profils de raie poussés, la mesures de rapports isotopiques et la spectroscopie d'absorption saturée extensive dans le proche infrarouge. / High-precision molecular absorption spectroscopy is a powerful tool for fundamental physics and metrology, as well as for a broad range of applications in fields such as environmental sciences, planetology and astrophysics. In recent years, spectroscopic techniques based on the enhanced interaction of laser light with molecular samples in high-finesse optical cavities have provided outstanding detection sensitivities on the absorption axis, while the spectrometer frequency axis rarely met as high precision standards.In this thesis, we addressed this challenge by the development of Optical Feedback Frequency-Stabilized Cavity Ring-Down Spectroscopy (OFFS-CRDS). This novel technique features a unique combination of sub-kHz frequency resolution and stability, kW/cm^2-level intracavity light intensity, a shot-noise limited absorption detectivity down to 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2), as well as a detection limit of 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) on a narrow spectral interval. This unprecedented performance is based on the tight Pound-Drever-Hall lock of the ring-down cavity to a single-sideband-tuned distributed-feedback diode laser which is optical-feedback-stabilized to a highly stable V-shaped reference cavity. To transfer the coherence of this sub-kHz laser source to noisier lasers in other spectral regions through an optical frequency comb, we have explored a novel high-bandwidth feed-forward phase cloning scheme and demonstrated a residual phase error as low as 113 mrad. Applying OFFS-CRDS to the spectroscopy of CO_2 near 1.6 μm, we obtained a broadband spectrum with a dynamic range of 8 x 10^5 and retrieved twelve absolute transition frequencies with kHz-accuracy by measuring sub-Doppler saturated absorption Lamb dips with a comb-assisted setup. Furthermore, we have performed a comprehensive analysis of systematic error sources in CRDS and derived an analytic formula for the non-exponential ring-down signal in a weakly saturated regime, which may contribute towards future concentration-independent transition dipole moment measurements. Our results open up promising perspectives for metrological applications of OFFS-CRDS, such as advanced absorption lineshape studies, isotopic ratio measurements and extensive saturated absorption spectroscopy in the near infrared.

La présence avérée de produits pharmaceutiques et de soin personnels (PPSP) dans le milieu aquatique est principalement due à leur élimination incomplète dans les stations d’épuration (STEP). Ces molécules sont susceptibles de générer des effets néfastes sur les organismes vivants du milieu naturel. Une évaluation préalable des risques qui peuvent être engendrés par les PPSP est nécessaire pour qu’ils puissent être gérés correctement et sûrement par les principaux acteurs du cycle de l’eau tels que les pouvoirs publics et les grandes entreprises de l’environnement, dont fait partie Veolia. La démarche d’évaluation des risques nécessite d’avoir accès à des données sur les processus de biodégradation des PPSP dans l’environnement. Actuellement, les données disponibles sont qualitatives ou semi-quantitatives en raison de l’absence d’outils de mesure quantitatifs adéquats. L’objectif de ce travail de thèse a ainsi consisté à développer des outils pour quantifier spécifiquement les processus de biodégradation des PPSP in situ à des concentrations environnementales. Deux outils complémentaires ont été sélectionnés pour être évalués : le fractionnement énantiomérique, dans le but de quantifier la biodégradation des PPSP chiraux, et le fractionnement isotopique, limité à celui du chlore, dans le but de mesurer la biodégradation des PPSP chlorés. Pour évaluer ces outils, des analyses d’occurrence sur le terrain et des études cinétiques et mécanistiques en laboratoire ont été réalisées sur cinq molécules modèles : deux produits pharmaceutiques chiraux (un bêtabloquant, le métoprolol et un antidépresseur, la venlafaxine) et trois PPSP chlorés (deux biocides, le triclocarban et le triclosan, et un anti-inflammatoire non stéroïdien, le diclofénac). Nos travaux ont démontré que l’utilisation du fractionnement isotopique du chlore seul est peu adaptée à l’étude quantitative de la biodégradation des PPSP chlorés. Une approche isotopique multiéléments serait plus propice pour quantifier les processus de biodégradation. Par ailleurs, les expériences réalisées ont permis d’approfondir l’état des connaissances sur les voies et mécanismes de biodégradation des PPSP étudiés. La déchloration du triclosan dans les sédiments en aval des STEP a été mise en évidence pour la première fois. Concernant le triclocarban, cette réaction était déjà connue mais les mécanismes réactionnels de déchloration sous-jacents ont été élucidés en milieux aérobie et anaérobie. Les résultats obtenus sur l’outil énantiomérique sont très encourageants. Ils démontrent, à l’aide du métoprolol, l’existence d’une relation linéaire entre biodégradation et variations énantiomériques à la fois en conditions contrôlées et dans les STEP. Le fractionnement énantiomérique constitue donc un bon outil quantitatif de la biodégradation du métoprolol. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour étendre ces résultats à d’autres molécules. D’autre part, l’analyse des concentrations et de la stéréochimie des produits de transformation du métoprolol a confirmé que ce composé se biodégrade stéréosélectivement en métoprolol acide et un mécanisme réactionnel a été proposé pour expliquer ces observations. Les cinétiques associées aux réactions de dégradation des PPSP étudiés doivent être mesurées in situ pour évaluer la capacité du milieu naturel à éliminer ces composés, d’où l’importance de rendre opérationnels les indicateurs quantitatifs étudiés au cours de la thèse. Croisées avec des données d’écotoxicité, les informations quantitatives sur la biodégradation peuvent aider les pouvoirs publics à cibler les PPSP qui nécessitent d’être régulés en priorité. Elles peuvent également aider les opérateurs privés à orienter leurs stratégies de réduction d’émission à la source et l’optimisation des procédés de traitement des eaux afin que ces derniers éliminent en priorité les micropolluants les plus à risque. / The widespread occurrence of pharmaceutical and personal care products (PPCP) in surface waters, due to their incomplete removal in wastewater treatment plants (WWTP), is of concern since these compounds may be harmful to living organisms. Environmental risks associated with the presence of PPCP in aquatic environment have to be evaluated in order to help the main actors involved in the water cycle such as public authorities and environmental companies, including Veolia, to manage them properly. Quantitative and qualitative assessment of in situ biodegradation of PPCP is a major need in the context of risk assessment. Quantitative information remains scarcely available due the lack of appropriate methods. The objective of this work was then to develop tools able to quantify specifically in situ biodegradation of PPCP at trace levels. Two different tools have been selected to be evaluated, namely enantiomeric fractionation dedicated to chiral compounds and isotopic fractionation limited to chlorine-isotope analysis dedicated to chlorinated PPCP. To evaluate these tools, environmental occurrence studies and in vitro mechanistic and kinetic studies were together performed using five probe compounds : two chiral PPCP (a beta-blocker, the metoprolol and an antidepressant, the venlafaxine) and three chlorinated PPCP (two biocides, the triclocarban and the triclosan, and a nonsteroidal anti-inflammatory drug, the diclofenac). These experiments demonstrated that chlorine isotope fractionation can hardly provide quantitative information on in situ biodegradation of chlorinated PPCP. Multi-dimensional isotopic fractionation might be better adapted to quantify biodegradation. Furthermore, through the experiments, new insights on biodegradation pathways and mechanisms of the studied compounds have also been gained. Dechlorination of triclosan within sediment has been evidenced for the first time. Concerning triclocarban, dechlorination of this compound in environment had already been reported in previous studies but aerobic and anaerobic dechlorination mechanisms have been elucidated in the present study. Results obtained on enantiomeric fractionation demonstrated that this tool is very promising. Experiments using metoprolol as probe compound showed existence of a linear relationship between enantiomeric enrichment and the extent of biodegradation both under controlled conditions and within WWTP. Enantiomeric enrichment might then constitute a good indicator of in situ biodegradation of metoprolol. Supplementary studies are needed to extrapolate these results to other micropollutants. In addition, stereoselective degradation of metoprolol in acid metoprolol within WWTP and under controlled conditions has been observed similarly to other studies and one degradation mechanism has been proposed to explain the reaction stereochemistry. In situ kinetics associated with degradation pathways of the studied PPSPs have to be measured to assess the ability of the environment to eliminate these compounds, hence the importance of making operational the quantitative indicators studied in this thesis. Crossed with ecotoxicity data, quantitative information on biodegradation can help public authorities to target PPCPs that need to be regulated first. They can also help private operators to direct their source reduction strategies and their water treatment process optimization so that they eliminate in priority the most risked micropollutants.

Le colza est une culture oléagineuse très exigeante en intrants azotés associée à une faible efficience d’usage de l’azote (EUA). Le défi majeur vise à améliorer le bilan agroenvironnemental du colza par une optimisation de l’EUA, notamment en condition où l’azote est limitant dans le sol. L’EUA est limitée par une faible efficience de remobilisation de l’azote (ERA) lors de la sénescence des feuilles. L’objectif de ce travail de thèse a consisté à rechercher, chez le colza, la topologie et l’orientation des attributs métaboliques associées à l’ERA pendant la sénescence foliaire.Les résultats montrent que le métabolome des feuilles évolue tout au long de leur développement végétatif, de leur croissance à leur chute. Il est spécifique à chaque étage foliaire et traduit des relations trophiques et environnementales particulières liées au positionnement des feuilles dans le couvert végétal. Ces spécificités sont associées à des variations de teneurs en glucides, d’acides aminés,de glucosinolates et de coumarines en lien étroit avec la régulation phytohormonale du développement foliaire et avec leur translocation dans le phloème. Le cas de la Proline a été plus particulièrement approfondi et l’activation de son catabolisme sous régulation circadienne dans les tissus sénescents a été mise en évidence. Une approche combinée de transcriptomique et de métabolomique a permis de démontrer une variabilité génotypique importante dans les processus de dégradation et de transport des protéines, glucides et acides aminés entre deux génotypes à forte ERA. De la même manière, des relati / Oilseed rape is a very demanding oleaginous crop for nitrogen inputs associated with a low nitrogen use efficiency (NUE). The main challenge to improve the agri-environmental balance of oilseed rape is to optimize the NUE, especially under nitrogen deprivation. The NUE is limited by a low nitrogen remobilization efficiency (NRE) during leaf senescence. The aim of this thesis was to define the metabolome topology and orientation associated with NRE during leaf senescence in oilseed rape.The results show that leaf metabolome dynamically evolves throughout their vegetative growth, until their fall. Metabolome was found specific to each leaf rank, reflecting the trophic and environmental relationships related to the leaf positioning in the canopy. These specificities are associated with variations in carbohydrates, amino acids, glucosinolates and coumarins contents in close connection with the phytohormonal regulation of leaf development and with their translocation in the phloem.In particular, the activation of Proline circadian-controlled catabolism in senescent tissues was demonstrated. Finally, significant variations in the degradation and transport of proteins, carbohydrates and amino acids between two highly efficient NRE genotypes were highlighted using a combined transcriptomic and metabolomic approach. Similarly, a close relationship has been described between the genes expression levels and the metabolic content involved to increase NRE under low nitrogen input.The results are discussed regarding nitrogen remobilization improvement and more generally nutrients i

Cette thèse de Doctorat est rattachée au projet européen Eulafuel, visant à concevoir un biocarburant à partir des triterpènes du latex de l’épurge Euphorbia lathyris. Notre mission consiste à étudier l’origine biosynthétique des unités isopréniques constituant ces molécules. Proviennent-elles de la voie du mévalonate (MVA) et/ou de la voie du méthylérythritol phosphate (MEP) ? En premier lieu, nous avons mis au point un protocole de culture de la plante en conditions axéniques et comparé les profils triterpéniques de plantes cultivées dans différentes conditions. Nous avons ensuite montré, grâce à des expériences d’incorporation de précurseurs marqués au 13C et au 2H, que les isoprénoïdes d’E. lathyris étaient produits via la voie du MVA. La seconde partie de ce travail porte sur l’étude de l’origine biosynthétique d’isoprénoïdes de végétaux par GC-iRMS, une intéressante alternative aux expériences de marquage. Nous avons comparé les signatures isotopiques δD et δ13C des lipides provenant de huit organismes phototrophes et formulé plusieurs hypothèses permettant d’expliquer les différences de fractionnement isotopique observées. / This PhD thesis is included in a European project, Eulafuel, aiming to use latex triterpenes of caper spurge (Euphorbia lathyris) as a biofuel source. Our investigation focuses on the biosynthetic origin of isoprene units. Are they produced via mevalonate (MVA) pathway and/or methylerythritol phosphate (MEP) pathway? First, we proposed a procedure to cultivate E. lathyris in axenic conditions, and we compared triterpenic profiles from plants grown in different conditions. Then, we showed, by incorporating 13C- and 2H-labeled precursors, that E. lathyris isoprenoids were produced via MVA pathway. The second part of this work is based on an isotopic analysis of plant isoprenoids by GC-iRMS, an interesting alternative to labeling experiments. We compared isotopic signatures (δD and δ13C) of lipids arising from eight phototrophic organisms and we proposed several hypothesis to explain the isotopic fractionation differences we observed.