The overall objective of this thesis is to better understand and assess pesticide leaching at the regional scale, using both the analysis of monitoring data and spatially distributed modelling. Atrazine contamination of the Brusselian aquifer (central Belgium) is poorly understood. Considerable uncertainty surrounds whether the pollution is agricultural or non-agricultural in origin. The spatial and temporal covariance of atrazine concentrations was studied by fitting semivariogram models to monitoring data. Correlation ranges were found to be 600 metres and 600-700 days. A non-parametric one-way ANOVA found a strong relationship between mean concentrations and land use, whilst other environmental variables were found to be less important. Higher levels of pollution were detected in areas dominated by urban land use suggesting that atrazine residues in groundwater resulted from non-agricultural applications. Modelling pesticide leaching at the regional scale (Dyle catchment) was used to assess groundwater vulnerability. Different approaches to process soil information were tested with both a linear (modified Attenuation Factor) and a non-linear (GeoPEARL) leaching model. The CI (calculate first, interpolate later) and IC (interpolate first, calculate later) approaches were identical for the linear model, but differences in the amount of leaching were found for the non-linear model. The CI approach would be expected to give better results than IC, but the CA (calculate alone) approach is probably the best method if no spatial output is required. Finally, a methodology was developed to quantify the uncertainty arising from the spatial variability of non-georeferenced parameters (i.e. those assumed to be spatially constant in deterministic simulations). A Monte Carlo analysis of atrazine leaching was performed with six pesticide and soil properties as uncertain inputs. Spatial variability of non-georeferenced parameters had a significant influence on the amount of simulated leaching. In the stochastic simulation, concentrations exist above the regulatory level of 0.1 µg/L, while virtually no leaching occurred in the deterministic simulation. Including the spatial variability of substance parameters (half-life, sorption coefficient...) would have significant consequences for future registration policies, especially if risk assessments are implemented in a spatially distributed way.

The goal of the project was to enhance the period of weed growth prior to seeding in order to reduce weed emergence and weed competition after the crop has been planted. Weed growth was stimulated using either light tillage or by applying nitrogen fertilizer early in the spring. Light disturbance significantly increased pre-seed weed emergence while early applied nitrogen did not appear to have an effect. Post seeding weed emergence levels and weed biomass were similar among the light tillage and early nitrogen treatments. Therefore the goal of decreasing weed competition after seeding was not attained. Future research should focus on long-term strategies to reduce weed populations in field rather than seasonal strategies. / October 2006

Au Québec, plus d'une vingtaine de ravageurs prépondérants et occasionnels et plus d'une dizaine de maladies fongiques s'attaquent à la culture du pommier. Afin de lutter contre ces organismes nuisibles dans le but d'éviter des pertes trop importantes, les pomiculteurs ont recours à la lutte chimique. Les vergers de pommiers québécois reçoivent en moyenne de 11 à 15 traitements de pesticides annuellement. Or, tous ces produits ne sont pas sans conséquences pour les organismes non ciblés. Certains affectent grandement les populations de prédateurs et parasites présents qui autrement participeraient à la lutte biologique du verger et diminueraient ainsi l'utilisation subséquente de pesticides. Anystis baccarum (L.), un prédateur acarien peu connu, est un bon exemple. Des études biologiques exploratoires ont permis de déterminer que ce dernier a la capacité de s'attaquer à des ravageurs présents dans les vergers, et ce, tout au long de la saison. Il est cependant presque absent des vergers commerciaux où le recours aux pesticides est fréquent. Des études de toxicité résiduelle dont les résultats ont été publiés dans deux journaux scientifiques ont permis de démontrer la toxicité très élevée de certains pesticides utilisés dans les vergers de pommiers commerciaux sur ce prédateur. Ainsi, leur utilisation entraîne une éradication quasi totale de la population présente. L'extrême toxicité de certains des pesticides testés relativement à la concentration recommandée dans les vergers envers ce prédateur soulève une inquiétude quant à leur toxicité humaine et environnementale. L'évaluation de la toxicité des pesticides, première étape de l'évaluation du risque, effectuée par les fabricants et présentée aux agences de réglementation à des fins d'homologation, est un processus scientifique qui comporte un nombre important de failles. Les protocoles adoptés et les mesures de toxicité utilisées, les hypothèses non vérifiées, le manque de représentativité dans les études écotoxicologiques entre les espèces testées et les régions où sont utilisés les produits, le manque de connaissances scientifiques quant à la validité de l'extrapolation des résultats des tests effectués chez les animaux aux humains, les effets sous-létaux qui, loin d'être négligeables, ne sont pas évalués, etc. démontrent que l'évaluation du risque de ces pesticides ne peut adéquatement rendre compte des dangers de ces produits pour l'humain et pour l'environnement. De plus, l'analyse de l'état des connaissances des agences de réglementation canadienne et américaine permet de constater que des pesticides sont homologués sans que toutes les études exigées soient présentées. On utilise donc des pesticides dans les vergers de pommiers québécois qui sont hautement toxiques pour les insectes et acariens bénéfiques. On nuit ainsi grandement à la biodiversité et à l'équilibre de l'écosystème. Par ailleurs, les agences de réglementation ne détiennent pas toutes les informations quant à la toxicité humaine et environnementale de ces pesticides. De plus, la validité des résultats des études évaluant leur toxicité est très discutable. Bien que la science ait considérablement avancé depuis l'arrivée sur le marché des pesticides, les dispositifs actuels d'évaluation de la toxicité de ces produits demeurent parsemés d'incertitudes. N'est-ce pas un exemple concret où le principe de précaution qui stipule qu'en cas de risque de dommages graves ou irréversibles, l'absence de certitude scientifique absolue ne doit pas servir de prétexte pour remettre à plus tard l'adoption de mesures effectives visant à prévenir la dégradation de l'environnement? En ce sens, notre étude de certains pesticides interroge très sérieusement la rigueur avec laquelle le mandat de protection de la santé publique et environnementale est rempli par les instances gouvernementales concernées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Anystis baccarum, Pomiculture, Pesticides, Toxicité humaine, Écotoxicité, Évaluation du risque.

Aujourd'hui, la lutte aux ravageurs de culture se fait par des traitements avec des pesticides. La lutte doit tenir compte de structures agricoles caractérisées par la grande exploitation, la mécanisation des procédés et la monoculture. Du DTT au Round-Up, l'industrie pétrochimique a développé une centaine de milliers de produits dont les pesticides qui par leur persistance dans les compartiments environnementaux de l'eau, l'air, le sol et les aliments ont eu des effets cancérigènes sur l'être humain en s'attaquant à ses systèmes nerveux, reproducteurs et de la peau. Ces effets soupçonnés depuis les années '60 sont aujourd'hui bien documentés. En réponse à la dégradation de la qualité de l'environnement et de la santé, les gouvernements ont élaboré des politiques, des programmes, des lois et des règlements. Ceux-ci ciblent la réduction, voire l'élimination, à long terme des risques causés par l'utilisation de pesticides en agriculture. La recherche a ainsi pour objectifs de décrire le système social d'acteurs impliqués dans la gestion des risques sur l'environnement et la santé de l'utilisation de pesticides dans le cas de la pomiculture au Québec, et d'en déterminer les limites de fonctionnement. Après le dépouillement des sources documentaires d'archives portant sur les normes touchant les pesticides dans ce domaine de l'agriculture, une douzaine de documents offrant une représentation sociologique du système d'acteurs en cause ont été sélectionnés. Une analyse de contenu du matériel a été effectuée à partir de l'élaboration d'une grille d'analyse inspirée du modèle systémique interactionniste de Prades qui représente quatre sous-systèmes sociaux (représentants du pouvoir économique, des élus, des experts et de la société civile). S'appliquant par catégorie d'acteurs, notre grille d'analyse se base sur une approche de gestion intégrée et écosystémique et met l'accent sur les éléments cognitifs, les éléments procéduraux et la logique communicationnelle du système d'acteurs impliqué. Cette grille est structurée selon les six variables suivantes: les facteurs de pression, d'état et de réponse ainsi que les mesures d'adaptation, de précaution et d'atténuation. Le traitement des données a été effectué selon une analyse des Forces -Faiblesses Opportunités -Contraintes. Nous concluons que chaque acteur possède une vision partielle de la question et que de ce fait il existe des problèmes de communication dans le système social d'acteurs qui rendent difficile la gestion normative des risques. Nous proposons donc une vision globale et interdisciplinaire qui serait apportée par un modèle de gestion intégrée et écosystémique des risques sur l'environnement et la santé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gestion intégrée et écosystémique, Principe de précaution, Communication entre acteurs, Risques sur l'environnement et la santé.

Pour une petite communauté autochtone du Costa Rica, la culture de bananes plantains constitue la plus importante source de revenus. Afin d'améliorer la qualité du produit et de répondre aux exigences des marchés d'exportations, les agriculteurs et les agricultrices ont recours aux pesticides. Ces derniers représentent toutefois des risques considérables tant pour leur santé que pour celle de leur famille. De surcroît, ces risques sont accentués par le contexte de pauvreté et d'isolement de la communauté ainsi que par l'usage abondant des pesticides dans des conditions peu sécuritaires. Dans l'optique où une appropriation des connaissances des risques des pesticides et des méthodes pour les réduire contribuerait à la santé de sa population, cette recherche vise à mieux comprendre les dynamiques de la diffusion d'informations dans le contexte d'isolement et de pauvreté de cette communauté. En partant du principe que l'adoption de comportements et les manières de percevoir des risques sont entre autres influencées par les relations interpersonnelles et leurs structures, des notions des approches sociales et culturelles de la perception du risque et des réseaux sociaux ont été utilisées pour découvrir les facteurs susceptibles d'influencer le processus de diffusion d'informations dans la communauté. En ce sens, des entrevues semi-dirigées ont été menées auprès d'agriculteurs, d'agricultrices et de leur conjoint, recrutés par la méthode d'échantillonnage partiellement stratifiée. Les résultats ont été analysés qualitativement et à l'aide des programmes Netdraw et Ucinet pour les réseaux sociaux et SPSS pour les analyses statistiques. D'une part, les résultats ont permis d'identifier certains facteurs qui risquent d'entraver la diffusion d'informations et l'adoption de comportements pour réduire les risques des pesticides sur la santé, notamment les bénéfices économiques à court terme de l'usage des pesticides primant sur les préoccupations pour la santé, une faible appropriation de la problématique des pesticides et une absence de sa prise en charge sociale. D'autre part, les résultats ont aussi mis en lumière l'importance des relations de discussions sur les pesticides et de l'information reçue de la part d'organisations dans l'adoption de comportements plus sécuritaires. Les résultats soulèvent également que les femmes exercent peu d'influence dans cette problématique et que leur position isolée dans les réseaux limite leur accès à l'information sur les pesticides. L'analyse des réseaux a aussi permis d'identifier des chemins de circulation de l'information sur les pesticides, distincts selon le genre et l'ethnie. Enfin, cette étude vient souligner l'intérêt à développer des connaissances sur les caractéristiques liées à la structure globale des relations interpersonnelles au sein de communautés et sur les manières dont elles peuvent influencer la diffusion d'informations et l'adoption de comportements. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diffusion d'informations, Réseaux sociaux, Perceptions des risques, Pesticides en agriculture, Santé humaine.

Depuis deux décennies, il se profile au Québec une remise en question des fondements du modèle de développement étatique issu du processus de modernisation des années 1960. Cette « crise » du fordisme donne lieu à une certaine réorganisation sociale et à la recherche d'un renouvellement institutionnel. Sans pour autant en être une cause directe, les problématiques environnementales et sanitaires participent à l'éclatement de ce modèle de développement. Notamment, elles invitent à questionner l'adéquation fordiste entre l'intérêt général et l'accès à la consommation et à la production de masse. C'est cette transition d'un mode de régulation à un autre que nous étudions à partir de la problématique des pesticides en milieu agricole. L'approche de la régulation accorde une place centrale aux rapports sociaux; elle conçoit le développement des formes institutionnelles comme la matérialisation d'un compromis entre les acteurs sociaux. Partant du discours de ceux-ci, de même que d'un examen des divers moyens d'intervention mis en oeuvre par l'État québécois, notre étude suggère l'émergence d'un nouveau compromis quant à la nature de la problématique des pesticides en milieu agricole et quant aux façons d'intervenir sur celle-ci. Aussi, il appert que ce compromis s'institutionnalise dans des modes d'intervention qui se distinguent de la législation et de la réglementation et qui favorisent plutôt l'implication et la responsabilisation des acteurs sociaux. En fait, notre examen de la législation québécoise montre que l'utilisation des pesticides en milieu agricole échappe au contrôle strict de l'État: loin d'établir des normes contraignantes en matière d'utilisation de pesticides agricoles, la législation est plutôt orientée sur des mécanismes d'éducation et d'autocontrôle. L'examen des politiques et programmes reliés au milieu agricole démontre également un souci de reconfigurer les moyens de l'action administrative autour d'une approche d'éducation et de sensibilisation, plutôt que de normes réglementaires. Ainsi, le rôle du gouvernement se réalise davantage au sein d'un « État incitateur organisant l'auto-organisation de la société » (Bütschi et Cattacin, 1993 : 150) que d'un État hiérarchique, seul moteur de changement social. Par ailleurs, si la gestion des pesticides en milieu agricole laisse entrevoir un renouvellement des rapports entre l'État et la société civile, elle continue de s'inscrire dans un modèle agricole productiviste axé sur la croissance économique. Certes, la gestion des pesticides agricoles au Québec témoigne d'une sensibilité accrue et d'un désir de s'engager plus activement dans la protection de la santé et de l'environnement; elle compte toutefois atteindre ses objectifs par la rationalisation de l'usage des pesticides plutôt que par une redéfinition des pratiques culturales. Aussi, il s'agit davantage de considérer les risques associés aux pesticides dans la poursuite d'objectifs économiques que de redéfinir les activités économiques d'une façon qui intègre pleinement les fonctions environnementale et sociale de l'agriculture. S'il tend à faire une place à ces préoccupations, le système agricole demeure néanmoins très spécialisé et industrialisé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fordisme;,Approche de la régulation, Pesticides en milieu agricole, Modèle agricole, Développement durable.

Au courant du demi-siècle dernier, le déclin des espèces et des populations d'amphibiens est devenu un problème bien réel. Aujourd'hui, la science propose de nombreux facteurs tant environnementaux qu'anthropiques pour expliquer ce phénomène. Parmi ceux-ci, la contamination des milieux aquatiques par les pesticides et fertilisants agricoles semble corréler tout particulièrement. D'ailleurs, plusieurs cas de malformations aux membres ont été répertoriés chez des grenouilles vivant en zones agricoles. Ce phénomène pourrait compromettre, entre autres, le succès reproductif des populations et par conséquent la survie des espèces dans le milieu. Le type d'anomalie rapporté rappelle fortement celui provoqué lors d'un débalancement dans l'homéostasie de l'acide rétinoïque (AR). Les rétinoïdes sont des molécules endogènes responsables d'un grand nombre de processus physiologiques d'importance, et parmi ces molécules, l'AR joue un rôle crucial au moment de la morphogenèse. Ses effets sont assurés par sa liaison à des récepteurs nucléaires spécifiques. La synthèse et le catabolisme de l'AR sont finement régulés étant donné la forte activité nucléaire de la molécule. Un léger déséquilibre dans le métabolisme de l'AR peut donner lieu à de graves conséquences sur le développement embryonnaire d'un organisme. Certains pesticides sont connus pour interférer dans le métabolisme et les voies de signalisation de l'AR. L'hypothèse de départ du projet postule que le mélange de pesticides et de fertilisants auquel les amphibiens sont exposés dans les plans d'eau avoisinant les terres agricoles provoque une perturbation du métabolisme des rétinoïdes en altérant le travail d'enzymes-clefs. C'est ainsi que des concentrations anormales d'AR seraient à la base des effets tératogènes observés sur le terrain. Pour vérifier cette hypothèse, des essais enzymatiques ont été effectués pour juger l'efficacité enzymatique des cytochromes P450 à cataboliser l'AR en un métabolite secondaire majeur, l'acide tout-trans-4-oxo-rétinoïque (tt-4-oxo-AR), sur des animaux provenant d'habitats contaminés selon un gradient d'activité agricole. Le choix du modèle amphibien s'est arrêté sur le ouaouaron (Rana catesbeiana). En effet, la présente étude s'inscrit dans le « Projet Amphibien », une grande étude toxicologique portant sur la santé du ouaouaron vivant en milieu agricole, dans le bassin versant de la rivière Yamaska, au Québec. La caractérisation partielle de l'activité catabolique des microsomes hépatiques de ouaouaron sur l'AR a permis, pour la première fois, la mise en évidence d'un substrat préférentiel, la détermination de valeurs de Km et Vmax et la démonstration de l'implication des enzymes du CYP450 dans cette réaction. De façon générale, l'activité d'oxydation chez les mâles était plus importante que chez les femelles, malgré un poids du foie et des concentrations en protéines microsomales plus faibles et ce, pour les deux années d'échantillonnage. Les résultats suggèrent aussi une stimulation du catabolisme hépatique de l'AR par les microsomes hépatiques des ouaouarons provenant des sites les plus contaminés. Aussi, ayant une taille significativement plus faible, les grenouilles des sites fortement contaminés semblaient connaître certains problèmes de croissance. L'étude comparative de l'efficacité d'oxydation de l'AR chez le ouaouaron de la rivière Yamaska aura donc permis de cerner davantage l'un des mécanismes impliqués dans la tératogénie associée à un débalancement dans les concentrations effectives d'AR. Dans la seconde partie du projet, le catabolisme de l'AR a été tenté sur un modèle cellulaire choisi, les cellules P19. Cette exploration avait pour objectif de reproduire et maximiser un protocole d'oxydation de l'AR sur des cellules répondant à cette molécule, de façon à l'utiliser ultérieurement pour étudier les bases moléculaires derrière le métabolisme de l'AR. La culture des cellules P19, l'extraction de microsomes à partir de ces cellules et l'activité catabolique de l'AR en essais enzymatiques ont été investigués selon un protocole déjà établi. Les premières expériences n'ayant pas fonctionné, un prétraitement des cultures à l'AR a été expérimenté. Le taux de mortalité dans les cultures suite à cette pré-exposition s'est vu augmenter. De plus, bien que quantifiable, les concentrations de produits formés (tt-4-oco-AR) étaient très faibles et les résultats rarement reproductibles. Suite à ces constatations, une mise au point de la méthode d'extraction des microsomes dans le but d'augmenter le rendement des protéines microsomales à partir des cellules a été suggérée pour de futures tentatives. Aussi, des essais sur les homogénats cellulaires seraient à prévoir pour tenter de maximiser la réponse enzymatique. Malgré tout, l'utilisation des cellules P19 pour l'étude des mécanismes sous-jacents à l'émergence des malformations associées à l'AR observées chez les amphibiens en milieu agricole s'avère une avenue prometteuse. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acide rétinoïque, CYP450, acide 4-oxo-rétinoïque, microsomes hépatiques, Rana catesbeiana, contaminants agricoles, cellules P19.

A major criticism of the environmental behavior literature is the nearly exclusive focus on the role of attitudes and individual-level characteristics. Despite this concentration on individual-level causes, variation in environmental behavior remains. As individual behavior becomes an increasingly significant source of pollution, a better understanding of the influences individual behavior is critical to addressing environmental degradation. This research re-directs the focus on individual-level influences on environmental behaviors by building models examining the varying dimensions of environmental behaviors as influenced by community characteristics. This is accomplished by testing a series of hypotheses under the auspices of two theoretical frameworks: the neoclassical economic theory and a social contextual model of environmental actions. Using individual-level data from the 1993 and 2000 General Social Survey and MSA data from the U.S. Census and the Environmental Protection Agency, I estimate two-level hierarchical models for three environmentally sensitive behaviors (environmentally sensitive food consumption, environmentally sensitive automobile use, and environmental activism). Multi-level analyses yield models revealing significant associations between MSA measures and individual environmental behaviors. Objective environmental conditions, region of MSA and MSA education level are significantly associated with environmentally sensitive food consumption behaviors, environmentally sensitive automobile use, and environmental activism behaviors, though their influence assumes diverse forms. Among the community measures, MSA education level is the primary social process that produces change in all environmental behaviors. In each of the models, MSA education level exhibits effects on all three behavioral measures and significant cross-level effects on automobile use behaviors. Living in a well educated MSA, particularly in the West or Northeast suggests higher environmental participation. Region of MSA is also a characteristic that must be considered when evaluating environmental behaviors, particularly for those living in the West and Northeast. Theoretical conclusions suggest that individual environmental behavior decision making is not simply a market exchange, but social forces are at work in the individual decision-making process.

Ambient ionization mass spectrometry, which has witnessed a flurry of recent developments, is a set of useful techniques for the analysis of samples under open-air conditions. It allows direct, rapid, real-time, high-throughput analysis with little or no sample pretreatment for the chemicals in solids or liquids. In this study, thermal desorption electrospray ionization mass spectrometry ( TD-ESI/MS ) involving direct insertion probe ( DIP ), thermal desorption ( TD ) and electrospray ionization ( ESI ) was used for the rapid screening of various types of samples. The source mainly consists of the sampling probe device, thermal desorption heating device, electrospray ionization device, ion source and temperature controller. A novel strategy involved in TD-ESI/MS processes where sampling, desorption, and ionization are separated as three independent events. The sampling probe is first used for the sampling of analytes and then inserted into a heat unit for thermal desorption. The desorbed analytes are finally carried into a reaction region with a stream of nitrogen gas, where charged methanol droplets were generated continuously by electrospray for post-ionization. Total analysis time is less than 10 seconds. Traditionally, three standard methods are used for the analysis for pesticide residues, biochemical, immunoassay and instrument. And, the instrument analysis is the most widely used because it provides lots of advantages in particularly accurate quantitative approach. However, its complicated steps take a long period of time for preparation. Here, we used TD-ESI/MS to rapidly screen the pesticide residues on the surface of fruits and vegetables. The MS/MS analysis was also performed to confirm those detected compounds. The experimental results of the standard deviation for reproducibility is 13.2% (n = 10), and the detection limit is approximately 10 ppb. Furthermore, several fruits and vegetables purchased from local market were used as test samples and pesticide residues on the surface of samples can be successfully detected via TD-ESI/MS. In addition, the TD-ESI/MS technique was also applied to the analysis of illegal additives or phthalates in food. In this study, the TD-ESI/MS technique emerges lots of advantages such as direct, rapid, real-time analysis of sample surface and sample pretreatment is not necessary, and shows highly potential for rapid screening of chemicals in food safety.

Ambient mass spectrometry is one of the mainstream techniques in modem mass spectrometry development. The developing purpose of ambient mass spectrometry is improving the analysis efficiency and simplifying operation process. So that, there are many techniques about ambient mass spectrometry had been published and commercialized. And direct electrospray probe mass spectrometry (DEP/MS) is one of ambient mass spectrometry techniques which is emphasized its rapid analysis and high sampling space resolution. In this research we improved the DEP system for more suitable in rapid analysis. We rule of the use of Syringe pump and its tube. Replace it by using solution tank so that we can save the time cost by disassemble syringe pump and tube when sampling. We also change the electric field by different high voltage applied mode for safety concern. In this study DEP/MS were used in plants analysis applications: capsaicin in peppers, systematic pesticide absorption in tomato and toxic compounds distribution in potato surface.