Ces travaux de thèse sur le fractionnement des produits pétrolier a pour but de mieux caractériser certaines espèces métalliques, principalement le Nickel et le Vanadium. Dans un premier temps, ils ont permis de démontrer que les composés contenant du V et Ni présents dans ces matrices complexes sont essentiellement concentrés dans les fractions les plus polaires, à savoir, les résines et les asphaltènes. En ce qui concerne les composés soufrés, on a constaté qu'ils se concentrent dans les fractions résines et les aromatiques. Il a également été constaté que la teneur en composés contenant du V et Ni qui précipite avec les asphaltènes est linéairement lié au paramètre de solubilité du solvant utilisé pour la précipitation. Et pour des solvants aux paramètres de solubilité proche de 16 MPa0.5, le pourcentage d’asphaltènes soluble est augmenté. On conclut que le pourcentage réel des asphaltènes présents dans un brut est égal au pourcentage d'asphaltènes insolubles, plus un pourcentage d’asphaltènes soluble. On a constaté que ces types d’asphaltènes ont une distribution de poids moléculaire similaire à celle des asphaltènes insolubles, et non un poids moléculaire plus faible. En ce qui concerne la distribution des poids moléculaires des composés du V présents dans les échantillons évalués, au moins trois grandes distributions de poids moléculaires ont été identifiées. Il s’agit des composés de « high molecular weight », « medium molecular weight » et « low molecular weight ». Sur ces distributions, nous trouvons que les composés contenant du V, Ni et S sont, dans les asphaltènes, prédominant dans la fraction HMW et sont caractéristiques des composés nanoagrégés. En ce qui concerne les composés de type MMW, ils ont été observés dans une plus grande proportion dans les maltènes. Il est à noter la présence de composés de type HMW avec les maltènes, ce qui pour les raisons exposées ci-dessus, peut être considérée comme une preuve incontournable de la présence d’asphaltènes soluble dans les maltènes. A propos des méthodes de séparation développées, il a été possible de séparer les différentes distributions de poids moléculaires initialement identifiées chez les maltènes et les asphaltènes. Pour les maltènes, il a été possible d’extraire les différents composés contenant du V et Ni en fonction de leur poids moléculaire HMW, LMW et MMW. Cette extraction a été réalisé en utilisant des extractions liquide-liquide des maltènes dissous dans de l'heptane avec de l’ACN pour extraire les composés à bas poids moléculaire, suivie par une extraction avec du DMF pour extraire des composés MMW. La fraction restante des maltènes est composés surtout de composés HMW.Pour les asphaltènes, 11 solvants ont été évalués pour l'extraction des composés contenant du V et du Ni. Le profil des composés extraits a permis de séparer jusqu'à 4 distributions différentes de poids moléculaire avec du ACN, de l’acétone et du DMF utilisés séquentiellement. En ce qui concerne les composés de HMW, la fraction insoluble après extraction au DMF a un poids moléculaire plus élevé que la fraction soluble. Pour l'influence de la concentration sur la présence des composés contenant du Ni et V de HMW, il a été démontré que même dilué 40.000 fois, une solution asphaltènes (à 25 mg / L) contient toujours des composés de HMW et donc des nanoaggregat d’asphaltènes. Quant à la caractérisation des fractions extraite, seule la fraction correspondant aux poids moléculaires faibles (LMW) a été étudiée. La détermination de la distribution du poids moléculaire par spectrométrie de masse FT ICR MS et la comparaison du chromatogramme par GPC ICP MS suggère que ces composés contenant du V et du Ni présent dans la fraction LMW sont des métalloporphyrines libre avec des structures brutes assez simples. Ces travaux vont permettre d’ouvrir la voie à une caractérisation plus approfondie des différentes fractions obtenus et ainsi de permettre une meilleure connaissance des pétroles lourds. / This PhD work were mainly dedicated to the fractionation of crude oil and petroleum products in order to better caracterize metals compounds (mainly V and Ni) in these complex matrices. It was determined that V and Ni compounds present in the crude oils and residues are concentrated mainly in their more polar fractions, that is to say, resins and asphaltenes. Concerning sulfur compounds, it was found that they are concentrate in the resins and aromatics fractions. All these results were similar to reported in the literature.It was also found the content of V and Ni compounds that precipitate together with the asphaltenes depends linearly of solubility parameter of solvent used for the precipitation of asphaltenes, so, for solvents with solubility parameters close to 16 MPa0.5, the percentage of asphaltene soluble increases. So it can be concluded the true percentage of asphaltenes present in the crude oil is equal to the percentage of insoluble asphaltenes plus the percentage of soluble asphaltenes. For this type of asphaltenes, it was found that they have a molecular weight distribution very similar to insoluble asphaltenes, and not a lower molecular weight, as originally thought (Speight and Mitchell, 1973).With respect to the distribution of molecular weights for the V compounds present in the samples evaluated, at least three molecular weight distributions were identified. Those were identified as compounds with high molecular weight (HMW), medium molecular weight (MMW) and low molecular weight (LMW) following the nomenclature previously reported in the literature. (Desprez et al., 2014).On these distributions, we has found that compounds of V, Ni and S with HMW predominate in the asphaltenes, which is characteristic of nanoaggregate compounds. With respect to the compounds with MMW, these were observed in a greater proportion in maltenes. It should be noted the presence of compounds with HMW in all maltenes evaluated, which for the reasons discussed above, can be considered an unavoidable evidence of the presence of soluble asphaltenes.With respect to the separation/extraction methods developed, it was possible to separate the different distributions of molecular weights initially identified in maltenes and asphaltenes. In the case of maltenes, for the first time in the literature it was possible to extract the various compounds of V and Ni present in these according to their molecular weight. For the separation in maltenes, liquid-liquid extractions on maltene dissolved in heptane were developed. So, with ACN, it has been possible to extract LMW compounds, while extractions with DMF allowed extracting MMW compounds, staying in the remaining maltene mostly compounds with HMW.For the asphaltene extraction, 11 solvents were evaluated. The study of profile obtained to each extract and remanent, allowed to pose a separation scheme that enabled to get up to 4 different molecular weight distributions. These were obtained with ACN, Acetone and DMF used sequentially. It is important to mention it was found that the insoluble fraction gotten with DMF had the highest molecular weight, even in comparison with the HMW asphaltenes soluble in DMF.With respect to the influence of the concentration on the aggregated compounds, it was found that this does not influence on the presence of compounds with HMW. Nanogregate were found in a solution of asphaltenes diluted 40,000 times (25 mg / L).Regarding the characterization of the extracted fractions, only the fraction corresponding to low molecular weights was studied. Determination of the molecular weight distribution by mass spectrometry and comparison of the GPC ICP MS chromatogram with a porphyrin standards, suggests that these V and Ni compounds present in LMW fraction has a structures quite simple. A deeper characterization will be presented in later work. / Se determinó que los compuestos de V y Ni presentes en los crudos y residuos evaluados se concentran principalmente en su fracciones más polares, es decir, resinas y asfaltenos. Con respecto a los compuestos de azufre, se encontró que los mismos se concentran en las resinas y aromáticos. Todos estos resultados fueron similares a lo reportado en la literatura. Igualmente se encontró que el contenido de compuestos de V y Ni que precipitan junto con los asfaltenos depende linealmente del parámetro de solubilidad del solvente usado para la precipitación de los asfaltenos, así para solventes con parámetros de solubilidad cercanos a 16 MPa0.5, el porcentaje de se asfalteno soluble incrementa, por lo que se puede concluir que el porcentaje verdadero de asfaltenos presente en el crudo es igual al porcentaje de asfaltenos insoluble más el porcentaje de asfaltenos solubles. Sobre este tipo de asfaltenos, se encontró que los mismos poseen una distribución de pesos moleculares muy similar a la de los asfaltenos insolubles, y no un peso molecular mucho menor, como se pensaba en un principio. Con respecto a la distribución de pesos moleculares para los compuestos de V presentes en las muestras evaluadas, se identificaron al menos tres grandes distribuciones de pesos moleculares. Las mismas se identificaron como compuestos con alto peso molecular o high molecular weight (HMW en inglés), medio peso molecular o medium molecular weight (MMW en inglés) y bajo peso molecular o low molecular weight (LMW por sus siglas en inglés) siguiendo la nomenclatura reportada previamente en la literatura. Sobre estas distribuciones, encontramos que en los asfaltenos predominan compuestos de V, Ni y S con HMW, el cual es característicos de compuestos agregados. Con respecto a los compuestos con MMW, estos fueron observados en mayor proporción en los maltenos. Es de hacer notar la presencia de compuestos con HMW en todos los maltenos evaluados, la cual por las razones antes expuestas, puede ser considerada una evidencia ineludible de la presencia de asfaltenos solubles. Con respecto a los métodos de separación desarrollados, fue posible la separación de las diferentes distribuciones de pesos moleculares inicialmente identificadas en los maltenos y asfaltenos. En el caso de los maltenos, por primera vez en la literatura fue posible separar los diversos compuestos de V y Ni en función de su peso molecular en HMW, MMW y LMW. La separación si hizo empleando extracciones líquido-líquido a maltenos disueltos en heptano con acetonitrilo para la extracción de compuestos con LMW, seguido de extracciones con dimetilformamida para la extracción de compuestos con MMW, quedando en el malteno remanente de la extracción, mayoritariamente compuestos con HMW. Para los asfaltenos, se evaluaron hasta 11 solventes en la extracción de compuestos de V y Ni. El perfil de los compuestos extraídos, permitió separar hasta 4 distribuciones de pesos moleculares diferentes con ACN, acetona y DMF usados secuencialmente. Con respecto a los compuestos con HMW, se encontró que la fracción insoluble con DMF presenta un mayor peso molecular que los asfaltenos con HMW solubles en estos. Con respecto a la influencia de la concentración en la determinación de compuestos con HMW la caracterización de los compuestos de V y Ni, los mismos fueron determinados aun en una solución de asfaltenos diluida 40.000 veces (25 mg/L). En lo referente a la caracterización de las fracciones separadas, solo fue estudiada inicialmente la fracción correspondiente a bajos pesos moleculares. En la misma, la determinación de la distribución de pesos moleculares por espectrometría de masa y la comparación en el cromatograma por GPC-ICP MS de estándares porfirínicos, sugiere que estos compuestos de V y Ni con LMW son metaloporfirinas simples presentes en el crudo con estructuras bastantes sencillas. Una caracterización más profunda será presentada en trabajo posteriores para esta y las demás fracciones.

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. / The aim of this work is to study the dynamics of trace elements (TE) in the water column of the Orge River. In the upstream part of the watershed, land uses consist mainly in forests and agricultural soils, whereas downstream, the population density reaches up to 8,000 inh. km-2, in the suburbs of Paris Megacity. The sampling sites were chosen to describe a gradation in urbanization influence from up to downstream in this particularly contrasted catchment. Four sampling campaigns were performed at seven selected sites along the Orge River during an hydrological year (2010/2011). The spatio-temporal monitoring of the concentrations in the dissolved phase (< 0.45 µm) and in suspended particulate matter (SPM) was associated to isotopic tools (δ34S [SO42-], 206Pb/207Pb) to understand both the dynamics of TE partition and the sources of contamination. Speciation of zinc was investigated as it is the main inorganic contaminant in the Orge River catchment, using X-ray diffraction, scanning/transmission electron microscopy coupled to microanalysis, and synchrotron X-ray spectroscopy. Results of geochemical analyses showed that runoff and sewer releases are major sources of contamination in river. Results from isotopic measurements allow to build a hydro-geochemical indicator of anthropogenic pressure in river which considers both physico-chemistry and hydrodynamics, by tracing simultaneously dissolved and particulate compartments. The investigation of zinc speciation permits to identify iron and manganese oxyhydroxydes, calcite, clays and amorphous silica as main bearing phases for this element. Microscopy results confirmed the existence of such phases in river and allowed the identification of secondary zinc bearing phases as sulfides, “surprisingly” present in the oxic water column. At last, this work permitted a better understanding of biogeochemical cycling of TE in urbanized rivers, and to explore new research schemes by coupling speciation and isotopic measurements for specific elements.

Malgré les tests d’homologation des pesticides et métaux, des teneurs alarmantes de ces produits sont relevées dans l’environnement. Une meilleure connaissance des processus subis par ces produits dans les agrosystèmes est nécessaire afin de réduire les pollutions liées à leur utilisation. Cette thèse vise à améliorer la compréhension de la transformation et du transport des pesticides et métaux pas l’étude détaillée de ces polluants dans les sols agricoles durant 200 jours, en fonction des conditions hydro-climatiques et l’analyse isotopique des pesticides (par composés spécifiques, CSIA) et des métaux. Ces travaux révèlent l’importance de la matière organique sur la spéciation des polluants, les relations entre les conditions, la dissipation et les mécanismes de transformation des pesticides, mais aussi le contrôle de l’infiltration des polluants par la durée et la fréquence des pluies. Ces résultats permettent d’améliorer la prédiction du transport des polluants dans les agrosystèmes. / Despite homologation tests of pesticides and metals, alarming concentrations are measured in the environment. A better knowledge of the transformation processes undergone by these products in agrosystems is needed to predict and limit the pollution. This PhD. thesis allowed to understand the transformation and transport of pesticides and metals in agricultural soils during 200 days and with respect to different hydro-climatic conditions using sequential extraction and isotopic fractionation of pesticides (compound specific isotopic analyses, CSIA) and metals. This work revealed the relevant of soil organic matter on the speciation of pollutants, the relationship between hydro-climatic conditions, the dissipation and the transformation mechanisms of peticides, and how pollutant infiltration is controlled both by rainfall length and frequency. These resuls will improve the transport models of pesticides in agrosystems.

La présent étude examine aspect de l'écologie chimique de la Pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis, Hübner, Lepidoptera: Crambidae). L’isolement reproducteur des phérotypes et leur spécialisation à la plante hôte ont reçu une attention particulière. Toutes les expériences ont été conçues pour avoir des informations pertinents sur le plan écologique des signaux chimiques libérés ou perçu par la Pyrale du maïs pendant la période de reproduction. La plupart des travaux en cadre de cette thèse dans des conditions naturelles et en tenant compte de tous les traits comportementaux de la Pyrale. Premièrement, le paysage chimique du champ de maïs a été étudié pour connaître les signaux chimiques rencontrés par une femelle de Pyrale du maïs qui est à la recherche d’une plante hôte. Les mélanges des volatiles qui composent l'environnement olfactif du champ de maïs a été identifié et leurs rôles discutés selon la biologie et le comportement d’oviposition de la Pyrale du maïs.Deuxièmement, en tenant compte de la périodicité du comportement de la Pyrale du maïs nous avons étudié les modifications circadiennes des profils des volatiles libérés par les plantes individuelles du maïs et par le champ du maïs.Troisièmement, le fidélité d’hôte plantes de la Pyrale du maïs a été étudié. Les volatiles libérés par différentes plantes hôtes au moment de vol d’oviposition ont été identifiés et le comportement de ponte a été étudié dans le tunnel du vol.Quatrièmement, les signaux chimiques impliqués dans l'isolement reproducteur des phérotypes de la Pyrale du maïs a été étudié. Nous nous sommes concentrés sur la phéromone mâle produite par les pinceaux androconiaux et sur leur rôle dans le comportement de cour. / The present PhD study investigates the aspect of chemical ecology in the European corn borer (ECB, Ostrinia nubilalis Hübner, Lepidoptera: Crambidae): pherotypes reproductive isolation and host plant specialisation.All the experiences were designed to have ecologically relevant information about the chemical signals released or perceived by ECB moth during the reproduction period. Most of the work was conducted close to natural conditions and taking into account all the behavioural traits of ECB.First we investigated what can be the chemical landscape of maize field for host-seeking ECB moth. The whole volatile blends that make up the olfactory environment of maize field biotope was identified according to the ECB oviposition behaviour (Paper I). Secondly taking into account the diel periodicity of ECB behaviour we studied the diel changes of volatile profiles released from maize plant and from maize field (Paper II). Thirdly, we studied the process of host fidelity within the ECB host plants. The volatiles released from different host plants at the time of ECB oviposition flight were identified and the oviposition behaviour was studied in wind tunnel to evidence the host plant preferences of ovipositing females (Paper III). Fourthly, we address the question on assortative mating in ECB pherotypes and we investigated the chemical signals involved in the reproductive isolation in ECB pherotypes. We focused on the male pheromone produced by hairpencils and on courtship behaviour (Paper IV).

L’analyse du pétrole et de ses dérivés est d'une grande importance pour l'industrie pétrolière et de l'environnement, et que dans sa matrice contient un ensemble de métaux (V, Ni, Fe, etc) et les non-métaux (S, N, Cl, etc) qui ont un grand impact au cours du raffinage et des procédés de combustion. La quantification de ces éléments est devenu sujet commun dans de nombreux laboratoires d'analyse. À l'heure actuelle, il existe des méthodes standard pour la quantification de ces éléments à l'aide des techniques spectroscopiques telles que la plasma à couplage inductif (ICP), la vaporisation électrothermique (ETV), analyse par activation neutronique (NAA), des métaux et des non-métaux, et des techniques potentiométriques les non-métaux tels que les halogènes. Ces méthodes, bien qu'elles soient validées, montrent des formalités fastidieuses, vous pouvez demander stratégies d’étalonnages bons et, dans certains cas, nécessite l'utilisation de normes coûteuses organométalliques. En raison de ces raisons a été soulevée dans le présent document rechercher de nouvelles formes de dosage pour l'analyse élémentaire dans le pétrole et ses dérivés en utilisant des méthodologies sensibles, rapides et faciles. La première idée qui se pose est de l'échantillon enrobé dans une matrice de xérogel de solide brut, ce qui pose le profit pour préparer les normes d'étalonnage à l'aide de solutions aqueuses de concentration connue et en les encapsulant dans la même manière. Cette huile manière encapsulée dans xérogel a été validée à l'aide LA ICP-MS et LIBS et les limites de détection ont été obtenus à partir de 0,7 ng g-1 pour Ni, 0,8 ng g-1 pour V et 1,5 ng g- 1 S, avec une reproductibilité entre 1 à 3%. L'analyse de spéciation ont également soulevé des molécules associées à V, Ni et S par chromatographie sur couche mince et surveillés par MS PCI ainsi trouvé une famille de différenciation molécules associées à ces éléments entre différentes fractions de pétrole brut et la matrice de l'échantillon même que les limites de détection ont été trouvés pour Ni et V de 18 ng g-1 et 23 ng g-1 respectivement. Il a également été observé que l'utilisation de ces méthodes d'analyse peut prendre moins de temps pour atteindre certains protocoles d'analyse systématique et finalement échouer à générer très peu de déchets dans l'environnement. / Analysis of crude oil and its derivatives is of great importance for the crude oil industry and the environment, and that within its matrix contains a set of metals (V, Ni, Fe, etc.) and nonmetals (S, N, Cl, etc) which have great impact during the refining and combustion processes. Quantification of these elements has become common subject matter in many analytical laboratories. Currently, there are standard methods for the quantification of these elements using spectroscopic techniques such as inductively coupled plasma (ICP), electrothermal vaporization (ETV), neutron activation analysis (NAA), for metals and some non-metals, and potentiometric techniques non-metals such as halogens. These methods, although they are validated, show time-consuming procedures, it can not raise a good calibration strategies and in some cases requires the use of expensive organometallic standards. Because of these reasons was raised in this paper find new forms of quantification for elemental analysis in the oil and its derivatives using sensitive methodologies, quick and easy. The first idea that arises is the sample encapsulated within a crude solid xerogel matrix, this poses the advantage to prepare our own calibration standards using aqueous solutions of known concentration and encapsulating them in the same way. This way crude oil encapsulated in xerogel was validated using LA ICP MS and LIBS and detection limits were obtained from 0.7 ng g-1 for Ni, 0.8 ng g-1 for V and 1.5 ng g-1 S, with a reproducibility between 1 to 3%. Also raised speciation analysis of molecules associated with V, Ni and S by thin layer chromatography and monitored by LA ICP MS, thus was found a family of differentiation-associated molecules to these elements between different fractions of crude and the same sample matrix, as detection limits were found for Ni and V of 18 ng g-1 and 23 ng g-1 respectively. It was also observed that the use of these methods of analysis may take less time to reach some systematic analysis protocols and ultimately fail to generate very little waste to the environment.

Ce travail s’inscrit dans la problématique d’évaluation de sûreté préalable au possible stockage de déchets radioactifs HAVL en couches géologiques profondes. Afin de consolider les modèles de prédiction à longue terme des risques associés à une contamination potentielle de la biosphère par le 79Se, la biogéochimie du sélénium stable a été explorée, en visant dans un premier temps un éclairage sur la dynamique du cycle global de Se dans un écosystème forestier en terme de stock et flux annuels. Suite aux résultats de la première partie, qui suggèrent l’importance du sol et son pool organique dans le cycle global de Se, deux études basées sur l’utilise des traceurs isotopique stables ont été ensuite menées afin de clarifier les processus impliqués (i) dans la rétention et la réactivité de Se dans les sols et (ii) dans la bio-incorporation de Se inorganique dans la biomasse des plantes au sein d’une fraction organique. / This work was performed in the frame of the safety assessment program prior to the possible construction of an underground repository for nuclear waste (HAVL). To consolidate risk assessment models associated to a potential 79Se biosphere contamination, biogeochemistry of stable selenium was investigated, aiming firstly to highlight the dynamics of Se cycling in a forest ecosystem, in terms of inventories and annual fluxes. Consequently to these first results, which suggest a clay role of soil and its organic pool in the global Se cycle, two studies based on the use of isotopically enriched tracers were further carried out in order to clarify the processes involved in (i) Se retention and reactivity in soils and (ii) incorporation of inorganic Se within organic pool of vegetal biomass.

Les ions métalliques (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Mo…) jouent un rôle vital dans un grand nombre de processus biologiques. Leur carence et leur excès entraînent des défauts de croissance voire la mort. Pour survivre et croître, certaines bactéries ont développé des stratégies pour acquérir les métaux dans leur environnement basées sur la synthèse de ligands complexant les métaux. Les plantes, elles, stockent les métaux et les transportent entre les tissus sous des formes chimiques particulières et un rôle grandissant pour les petits complexes métalliques semble se révéler. La spéciation des métaux gouvernerait donc leur biodisponibilité pour les consommateurs en ce qui concerne les plantes comestibles. Cette thèse a pour but le développement de méthodes analytiques pour l’identification et la quantification des formes chimiques des métaux chez les bactéries et les plantes.Les techniques de séparation chromatographique, comme la chromatographie d’exclusion stérique (SEC) et la chromatographie d’interaction hydrophile (HILIC), furent couplées à la spectrométrie de masse (MS) avec une ionisation préalable par plasma induit (ICP MS) ou par électrospray pour une détection élémentaire et moléculaire respectivement. La méthodologie analytique développée ici, qui est basée sur l’utilisation de l’HILIC avec détection double par ICP MS et électrospray MS, s’est avérée cruciale pour la découverte et la caractérisation de deux nouveaux métallophores, la staphylopine chez Staphylococcus aureus et la pseudopaline chez Pseudomonas aeruginosa. Ces métallophores sont synthétisés et exportés par les bactéries et servent pour l’acquisition des métaux de transition divalents dans les milieux très pauvres en métaux grâce à leur pouvoir complexant.Des techniques dédiées de préparation d’échantillons, incluant le fractionnement des extraits solubles à l’eau, furent mises en place pour l’analyse du fer dans le maïs. Les approches instrumentales développées, notamment après le fractionnement du fer l’échantillon, permirent l’identification par spectrométrie de masse de complexes du fer avec le citrate, le muginéate et le phytate dans les grains de maïs. Il existe aussi une différence significative dans les concentrations de certaines polyamines entre certaines variétés de graines contenant du fer faiblement biodisponible et celles contenant du fer fortement biodisponible. La plus grande abondance de complexe fer-muginéate dans les extraits gastro-intestinaux des variétés à fer fortement biodisponible semblerait indiqué un rôle important pour ce complexe dans la biodisponibilité du fer. Finalement, des ratios molaires plus faibles entre le phytate extrait et le fer qui lui est associé sembleraient aussi être un des facteurs lié à une plus grande biodisponibilité du fer. / Metal (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Mo…) ions play a vital role in a large number of biological processes. Both their deficiency and excess will lead to severe growth impairment or death. In order to survive and to grow, bacteria developed strategies to acquire metals from the environment based on the synthesis of metal complexing ligands. Plants store metals and transport them between tissues in particular chemical forms and a rising role for small metal complexes seems to be revealed. Therefore their speciation governs the bioavailability of the metals to consumers in the case of edible plants. This thesis aims at the development of analytical methods for the identification and quantification of metal chemical forms in bacteria and in plants.Chromatographic separation techniques, such as size exclusion chromatography (SEC) and hydrophilic interaction chromatography (HILIC) were coupled to mass spectrometry (MS) using ionization in an inductively coupled plasma (ICP MS) or electrospray for elemental and molecular detection, respectively. The developed analytical methodology based on HILIC with dual ICP MS and electrospray MS detection turned out to be crucial for the discovery and characterization of two novels metallophores, staphylopine in Staphylococcus aureus and pseudopaline in Pseudomonas aeruginosa. These metallophores are synthesized and exported by the bacteria and serve for the uptake of divalent transition metal in metal scarce conditions by means of chelation. Dedicated samples preparation techniques, including fractionation of water soluble extracts, were developed for iron analyses in maize. The developed instrumental approaches following the iron fractionation methods allowed the identification by mass spectrometry of citrate, mugineate and phytate complexes with iron in maize kernels. There was also a significant difference in some polyamine concentrations observed between some kernels with low and high bioavailable iron. The higher abundance of the iron-mugineate complex in the gastrointestinal extract in high bioavailable maize variety possibly indicates that iron-mugineate would have an important role in iron biodisponibility. Finally, lower molar ratios between extracted phytate and iron associated to it would seem to be also a key aspect for higher iron bioavailability.

Malgré leur distance de la pression industrielle, les milieux marins austraux et antarctiques sont contaminés par des polluants globaux, tels que le mercure (Hg), par le transport atmosphérique et les courants océaniques. Jusqu'à présent, les voies de contamination du Hg dans l'Océan Austral restent peu connues, en particulier dans le secteur Indien, et de nouvelles études sont nécessaires pour élucider son devenir et son impact dans ces régions. Les oiseaux marins, en tant que prédateurs supérieurs des chaînes alimentaires marines, sont exposés à des concentrations élevées de méthylmercure (MeHg) via leur régime alimentaire. De plus, ils présentent des habitats de prédation contrastés dans les différents compartiments marins (en termes spatiaux et de profondeur). Par conséquent, ils sont considérés comme des bioindicateurs efficaces de la contamination par Hg et la bonne connaissance de leurs caractéristiques écologiques permet leur application comme traceurs du Hg dans des environnements éloignés, qui sont autrement difficiles à échantillonner. L'objectif principal de ce travail de doctorat est la caractérisation des voies d'exposition de MeHg accumulé par les oiseaux marins et l'identification des processus impliqués dans le cycle biogéochimique du Hg dans l'Océan Austral (des eaux antarctiques aux eaux subtropicales). L'approche méthodologique proposée consiste à combiner la composition isotopique du Hg et la spéciation du Hg dans les tissus d’espèces d’oiseaux marins de l'Océan Austral choisis précisément. Dans une première étape, une évaluation des signatures isotopiques de Hg spécifique de chaque tissu a été réalisée, notamment dans le sang et les plumes, car ceux-ci peuvent être échantillonnés de manière non létale. Chez les poussins, les deux tissus peuvent être utilisés efficacement et indifféremment comme bioindicateurs de la contamination locale en utilisant des isotopes du Hg, alors que chez les adultes, chaque tissu donne accès à une exposition temporelle différente : le sang à l'échelle récente (c'est-à-dire l'exposition pendant la période de reproduction) et les plumes à l'échelle annuelle, fournissant ainsi des informations isotopiques complémentaires aux différentes étapes du cycle annuel des oiseaux. Une deuxième partie a été axée sur l'exploration des sources de MeHg dans quatre espèces de manchots d’une même zone subantarctique, les îles de Crozet. Les populations ont été discriminées par leurs signatures isotopiques du Hg en fonction de leurs habitats de prédation et leurs mouvements latitudinaux, qui se trouvent être les facteurs principaux déterminant leur exposition à différentes sources de MeHg. Dans une troisième partie, les isotopes du Hg ont été étudiés dans deux modèles d'oiseaux (poussins de labbes et manchots adultes) sur une grande échelle latitudinale de l'Antarctique à la zone subtropicale. Les variations latitudinales des valeurs isotopiques du Hg (δ202Hg, Δ199Hg) semblent être influencées par une différente amplitude des processus photochimiques et d'autres voies biogéochimiques telles que la réduction du Hg, et les processus de méthylation / déméthylation, ainsi que les processus trophiques ou métaboliques. / Despite their distance from industrial pressure, marine southern and Antarctic environments are contaminated by worldwide distributed pollutants, such as mercury (Hg), through atmospheric transport and oceanic currents. So far, Hg contamination pathways in the Southern Ocean remains poorly understood, particularly in the Indian sector, and new studies are required to elucidate its fate and impact in these regions. Seabirds, as top predators of marine food webs, are exposed to elevated concentrations of biomagnified methylmercury (MeHg) via dietary intake and moreover, they forage in the different marine compartments both in spatial and depth terms. Therefore, they are considered as effective bioindicators of Hg environmental contamination and the good knowledge of their ecological characteristics permits their application for tracing Hg in such remote environments otherwise of difficult access. The main objective of this doctoral work is the characterization of the exposure pathways of the MeHg accumulated in model seabirds and the identification of the processes involved in the Hg biogeochemical cycle in the Southern Ocean (from Antarctic to subtropical waters). The proposed methodological approach consisted on the combination of Hg isotopic composition and Hg speciation in tissues of a precise selection of seabirds of the Southern Ocean. In a first step, the evaluation of tissue-specific Hg isotopic signatures was accomplished notably in blood and feathers, as they can be non-lethally sampled. In chicks, both tissues can be effectively and indifferently used for biomonitoring of local contamination using Hg isotopes, whereas in adults each tissue provides access to different temporal exposure : blood at recent scale (i.e. exposure during the breeding period) and feathers at annual scale, thus providing complementary isotopic information at the different stages of seabird annual cycle. A second part was focused on the exploration of MeHg sources in four penguin species within a same subantarctic location, the Crozet Islands. Hg isotopes effectively discriminated the four populations and species-specific foraging habitats and latitudinal movements were found the main factors determining their exposure to distinct environmental MeHg sources. In a third part, Hg isotopes were investigated in two ubiquitous seabird models (skua chicks and penguins) over a large a latitudinal scale from Antarctica to the subtropics. Latitudinal variations of Hg isotopic values (δ202Hg, Δ199Hg) appeared to be influenced by different extent of photochemical processes and other biogeochemical pathways such as Hg reduction, and methylation/demethylation processes, as well as trophic or metabolic processes.

Le procédé adopté par COMURHEX pour le traitement des effluents très chargés en fluor est basé sur l’addition d’un composé alcalin Ca(OH)2 (portlandite) pour faire précipiter de la fluorine (CaF2). Mis en œuvre par le passé dans un décanteur le développement d’un nouveau procédé en lit fluidisé a été envisagé pour augmenter l’efficacité du traitement des effluents. Des essais concluants ont été réalisés sur une installation pilote qui ont démontré l’efficacité de la précipitation en lit fluidisé à assurer une réduction satisfaisante de la concentration du fluor. Cependant, les phénomènes mis en jeu dans le réacteur sont mal connus.Notre objectif principal est la maîtrise de la précipitation de la fluorine dans le réacteur à lit fluidisé ainsi qu’une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. Pour ce faire, il a été nécessaire de reprendre l’étude thermodynamique du système KOH-portlandite-calcite-fluorine, de manière à étendre les données existantes aux fortes concentrations de KOH en solution. Un modèle thermodynamique capable de prédire la solubilité des solides en présence de variations de la concentration de la potasse et de la température du système a été établi.La deuxième partie du travail a été focalisée sur la compréhension des mécanismes mis en jeu pendant la formation de la fluorine. Les expériences réalisées au laboratoire ont conduit à l’obtention d’une fluorine issue d’une conversion de la portlandite. Ce mécanisme a été modélisé en considérant que le remplacement de la portlandite par la fluorine s’explique par un modèle à cœur rétrécissant contrôlé par la limitation diffusionnelle du fluorure dans la couche de fluorine formée. La dernière partie expérimentale de ce travail a été réalisée sur le pilote à lit fluidisé. Les expériences effectuées n’ont pas donné de résultats satisfaisants. Il n’a pas été possible de faire faire fonctionner le pilote de façon cohérente avec les objectifs de son dimensionnement. En particulier, compte-tenu de la très petite taille des particules, les débits de fonctionnement conduisent à l’envolement de celles-ci, mais pas à l’établissement de l’état fluidisé. / The method used by COMURHEX for the treatment of fluorine-rich effluents relies on the addition of solid Ca(OH)2 (portlandite) to precipitate fluorite (CaF2) in strongly alkaline solutions. This method is effective in a settler, and the development of a new fluidized bed process has been proposed to increase its efficiency. Successful assays were conducted on a pilot scale and they demonstrated that precipitation in a fluidized bed reactor actually ensures a satisfactory defluorination. However, the phenomena involved remained poorly known, and the main goal of the present work was to elucidate the mechanisms, their kinetics, and to control the crystallization.Our first contribution is a thermodynamic reappraisal of the KOH–portlandite–calcite system that extends existing solubility data to higher KOH concentrations in solution and incorporates new solubility data for fluorite. The outcome is an aqueous speciation model (Pitzer type) accounting for the solids solubility as a function of the KOH concentration and the temperature, and allowing portlandite undersaturation and fluorine supersaturation to be evaluated in process solutions.Our second contribution focuses on the kinetics and the mechanisms involved during the formation of fluorite, using various mixing designs in batch reactors. Reaction rates are fast, except in experiments involving dilute reactants. Microprobe and granulometric data both indicate that much of the fluorine results from the conversion of the portlandite grains. A shrinking core model controlled by diffusive transfer of fluoride in the porous fluorite corona successfully fits the kinetics of fluorine uptake and the particle grain size.The last part of the experimental work was carried out on a small fluidized bed pilot. These experiments were poorly conclusive. The very small particle size and the large flow rates lead to particle blow off, but not to fluidization. As a consequence, the capacity of the fluidized bed to promote an increase of the particle grain size remains largely unknown.

Le travail de recherche qui sera présenté porte sur la mise en évidence des différentes formes du cuivre présentes et des échanges qui existent entre les fractions particulaires, dissoutes et colloïdales du milieu profond. Il s’intéresse à la zone de mélange entre les sources profondes et l’eau de mer. L’amélioration de nos connaissances et l’optimisation de l’instrumentation permettent aujourd’hui de proposer le développement d’une stratégie d’échantillonnage et d’une approche qui prennent en compte les contraintes associées à la nature et à l’accessibilité de ces milieux éloignés. Ce travail a donné lieu à la mise en place de méthodes d’analyse effectives pour la mesure du cuivre et de ses ligands. Nos résultats ont montré que la spéciation physique semble essentiellement contrôlée par le pH et l’évolution des caractéristiques oxydoréductrices du milieu au cours de la dilution du fluide hydrothermal par l’eau de mer. La spéciation chimique du cuivre semble quant à elle principalement contrôlée par les ligands soufrés et le caractère oxydant du milieu. Elle a montré que le milieu est globalement plus complexant sur le site hydrothermal Lucky Strike que dans le bassin de Guaymas. A l’échelle du fumeur, la pseudopolarographie et les mesures de capacité complexante ont montré que le milieu est plus complexant dans la zone anoxique, près de la source, que dans la zone oxique où le cuivre est généralement labile et en excès par rapport à ses ligands (ses concentrations peuvent atteindre 100 nM). Dans la zone oxique, environ 27% des complexes formés sont dissociés par oxydation, tandis qu’environ 73% des complexes organiques et inorganiques CuHS+ est stabilisée. / This work presents the copper speciation in the deep ocean and the exchanges existing between different size fractions : particulate, dissolved and colloidal. It focus on the mixing zone between deep sources and seawater. The enhancement of our knowledge and the optimization of instrumentation make possible the development of sampling and analysis strategies accorded with the nature and the accessibility of these extreme environments. A part of this work consisted in the development of effective analysis methods for the quantification of copper and copper’s ligands. Our results showed that physical speciation seems to be essentially controlled by the variations of pH and oxydoreductive caracteristics during the dilution of the hydrothermal fluid by seawater. The chemical speciation of copper seems essentially controlled by sulfide ligands and the oxydative caracteristics of the environment. The environment is generally more complexing on Lucky Strike vent field than in Guaymas Basin. Around each vent, pseudopolarography and complexing capacities showed that the environment is more complexing in the anoxic zone, near the source, than in the oxic zone. In the oxic zone, copper is generally labile and its concentrations (they can reach 100 nM) exceed the ligands concentrations. In the oxic zone, around 27% of the complexes are dissociated, whereas around 73% remains stabilised.