Avec une législation devenant de plus en plus stricte concernant les sédiments de dragages, la décontamination des polluants et plus particulièrement, à cause de leur forte toxicité, des composés organostanniques, notamment le tributylétain (TBT) représente un enjeu très important. Différents procédés de décontamination des sédiments pollués existent. Certains reposent sur les phénomènes d'atténuation naturelle souvent longs et limités à certains polluants, tandis que d'autres consistent à stabiliser et confiner la pollution par voie chimique ou thermique. L'électrodécontamination est une technique innovante qui n'a encore reçu que peu d'applications au stade pilote ou sur le terrain au plan international. Le principe de base de ce procédé consiste à exploiter le déplacement d'espèces ioniques polluantes sous l'effet d'un champ électrique entre une ou plusieurs cathodes et une ou plusieurs anodes implantées dans un milieu poreux. D'une manière simplifiée, la dépollution qui s'effectue essentiellement par électromigration pour les espèces ioniques (métaux libres...) vers l'électrode correspondante (cathode pour les cations et anode pour les anions) et par électroosmose pour les espèces neutres (composés organiques ou organométalliques neutres...) le plus souvent vers la cathode. Son efficacité est contrôlée par le flux de polluants dans la solution du sol donc par leur vitesse de transport et de leur concentration dans la phase liquide. L'optimisation du procédé dépend donc simultanément de facteurs électrochimiques qui contrôlent le transport des polluants et de facteurs physico-chimiques qui influencent le transfert de matière. Plusieurs expériences ont été menées sur un modèle de matrice solide (kaolinite dopée en tributylétain (TBT)) et sous diverses conditions de pH et de gradient de potentiel. Des essais ont été également réalisés sur un sédiment naturel avec diverses conditions opératoires concernant le pH, le gradient de potentiel et la température. Les résultats montrent que nous obtenons des pourcentages d'abattements en TBT supérieurs à 90 % pour un modèle de matrice solide, la kaolinite dopée en TBT, et peuvent atteindre jusqu'à 70 % d'abattement pour un sédiment naturel. Ils montrent également que les composés migrent préférentiellement vers la cathode. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la compétition entre deux mécanismes : le transfert / transport des composés butylés de l'étain vers les électrodes et le transport du réactif facilitant la dégradation in-situ de ces espèces. Les travaux ont montré des résultats très satisfaisants et extrêmement prometteurs quant à l'application du procédé au stade pilote. Ils ont ouverts une voie particulièrement intéressante sur la décontamination des sédiments et leur gestion future.

Cette thèse porte sur le comportement d’un composé prioritaire au titre de la Directive Cadre sur l’Eau au niveau européen : le tributylétain (TBT) et ses métabolites (dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)). On s’intéresse plus particulièrement aux eaux usées domestiques lors de leur transit dans deux stations d’épuration par lagunage naturel (STEP), traitement adapté aux effluents provenant des zones faiblement urbanisées. Ce travail de thèse vient combler le manque de résultats scientifiques sur (1) le niveau des concentrations en butylétains dans les effluents domestiques des zones peu urbanisées en entrée des stations par lagunage et en sortie après traitement ; (2) l’efficacité du traitement par lagunage à éliminer les butylétains ; (3)l’identification des processus qui contrôlent le devenir de ces éléments au cours du traitement.Les butylétains sont mesurés dans les matrices particulaires, dissoutes et dans les boues, par couplage GC-ICP-MS, dans toutes les étapes du traitement par lagunage de deux communes rurales du département de l’Hérault (34,France) : Gigean (6000 eq-hab.) et Montbazin (4500 eq-hab.). On montre que les trois espèces butylées sont systématiquement présentes dans tous les échantillons prélevés sur les deux STEP. Les butylétains arrivent principalement sous forme particulaire dans les eaux brutes en entrée des stations. Au cours du traitement, les processus de sorption sur les particules en suspension et la décantation de ces dernières au fond de chaque bassin sont les principaux facteurs permettant l’élimination des butylétains. Les premiers bassins anaérobies, de grande profondeur et de long temps de séjour, permettent l’élimination de plus de 60% à Gigean (93% à Montbazin) des butylétains. Les boues de fond de chaque bassin montrent des concentrations élevées en butylétains. La remise en suspension des butylétains est notée dans les derniers bassins de finition, peu profonds, ce qui peut être due à la re-stratification thermique. En sortie de station, malgré les abattements importants, des concentrations non négligeables en butylétains (12 à 228 et 1.8 à 15 ng(Sn).L-1 respectivement pour Montbazin et Gigean) sont rejetées dans le milieu récepteur. Des expériences de sorption basées sur la mise en contact de butylétains avec des boues de fond de bassin diluées ont été effectuées selon plusieurs approches expérimentales. On a ainsi montré que (1) la distribution des espèces MBT, DBT, TBT, entre les phases solide et liquide, est variable d’un test à l’autre selon les conditions opératoires ; (2) l’affinité entre les butylétains et la boue est importante, quelle que soit sa provenance. 98% des butylétains se retrouvent dans la phase solide, du fait de leur hydrophobicité. Le coefficient de distribution Kd entre le TBT et les boues est plus élevé que celui obtenu pour d’autres type de phases solides (75000 L.kg- 1) ; (3) le processus de sorption est rapide. De plus des processus de sorption, désorption et déalkylation du TBT, expliquant les variations des concentrations en MBT et DBT dans la phase solide ont été identifiés. La désorption du TBT est rapide. Il se dégrade dans la phase liquide en DBT dont une partie se transforme en MBT. La sorption du MBT sur les boues a été systématiquement mesurée. Le phénomène de sorption n’est donc pas complètement réversible au cours du temps. Ces résultats contribuent à expliquer les dysfonctionnements observés dans les stations de traitement par lagunage, par exemple lors d’apports directs d’eau de pluie.Cette thèse démontre la présence systématique des butylétains dans les stations d’épuration par lagunage naturel. Les données acquises in-situ couplées à des essais en laboratoire permettent de comprendre le comportement de ces composés lors de ce traitement : la fraction solide joue un rôle clé dans les processus de sorption-désorption-(bio)dégradation des butylétains. / This thesis deals with the behavior of a priority compound on the basis of the framework Directive on water at European level: tributyltin (TBT) ) and its metabolites (dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)). The study is focused on two waste stabilization pond treatment plants (WSP), which is an appropriate treatment to domestic effluents from sparsely urbanized areas.This thesis comes to fill the lack of scientific results on (1) the level of butyltin concentrations in domestic effluents from sparsely urbanized areas, in the input of the WSP and the output after treatment; (2) the efficiency of butyltins elimination by the WSP treatment; (3) the identification of the processes that control the fate of these elements during the treatment.Butyltins are measured in particulate and dissolved matrices and in sludge, by GC-ICP-MS, in all stages of the treatment by lagooning of two villages of the Department of Hérault (34, France): Gigean (6000 p.e.) and Montbazin (4500 p.e.).It is shown that the three butyltin species are consistently present in all samples taken from the two WSP. Butyltins arrive primarily in particulate form in the raw water. During treatment, the processes of sorption onto particulate matter and the settling of the latter at the bottom of each basin are the main factors for the elimination of butyltins. The first anaerobic ponds, characterized by deep depth and long residence times, allow the elimination of more than 60% Gigean (93% at Montbazin) of butyltins. Bottom sludge of each basin show high butyltins concentrations. The resuspension of butyltins is noted in the last maturation ponds, characterized by shallow depth, which may be due to re-thermal stratification. At the outlet, despite significant butyltin removal, concentrations in butyltins remain high (12 to 228 and 1.8 to 15 ng (Sn). L-1, respectively for Montbazin and Gigean).Laboratory batch experiments were conducted to study sorption processes following several experimental protocols. It was thus shown that: (1) the distribution of the butyltin species between solid and liquid phases is different from one test to another according to the operating conditions; (2) the affinity between butyltins and bottom sludge is important, regardless of its provenance. 98% of the butyltins are found in the solid phase, due to their hydrophobicity. The TBT sludge-water partition coefficient is higher than that obtained for other type of solid phases (75000 L.kg-1); (3) the process of sorption is fast.Moreover processes of sorption, desorption and dealkylation of TBT, explaining changes in concentrations of MBT and DBT in the solid phase were identified. Desorption of TBT is fast. It degrades in the liquid phase in DBT which part turns into MBT. The sorption of MBT on sludge has been systematically measured. Therefore, the sorption phenomenon is not completely reversible over time. These results help to explain the dysfunctions observed in WSP, for example after direct inputs of rainwater.This thesis shows the systematic presence of butyltin in waste stabilization pond treatment plants. In-situ data coupled with laboratory tests allow to understand the behaviour of these compounds during this treatment: the solid fraction plays a key role in the processes of sorption-desorption-(bio) degradation of butyltins.

Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Le bassin d’Arcachon est une lagune semi-fermée qui concentre de forts enjeux économiques grâce à la pratique de l’ostréiculture. Cette activité est affectée depuis une trentaine d’années par des phénomènes de mortalités estivales, et plus récemment par des surmortalités du naissain. Ces travaux se sont intéressés au rôle des polluants majeurs du bassin d’Arcachon dans ce contexte de crise en étudiant leurs effets sur la biologie de Crassostrea gigas. Une approche in situ a d’abord été adoptée afin d’identifier les contaminants les plus présents dans le milieu naturel. Des opérations de transplantation d’huîtres et des prélèvements de sédiments ont permis de quantifier divers contaminants et d’associer leur présence à des réponses biologiques. Les polluants ainsi identifiés ont ensuite été employés en conditions contrôlées au laboratoire. Trois expérimentations ont été réalisées : la première concerne l’étude des voies de contamination par le tributylétain ; la seconde concerne les effets des pesticides et du cuivre ; la troisième concerne l’effet des HAP sur des huîtres diploïdes et triploïdes. Nos résultats indiquent que les organismes transplantés au coeur de la lagune sont plus exposés aux polluants, en lien avec les caractéristiques hydrodynamiques du système. La plupart des paramètres biologiques étudiés sur le terrain ont par ailleurs montré une saisonnalité liée aux processus de gamétogenèse. Au laboratoire, la plupart des contaminants testés ont induit une réponse adaptative chez les huîtres exposées. Notre étude souligne l’importance de coupler approche de terrain et approche expérimentale pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes côtiers. / The Arcachon Bay is a semi-enclosed lagoon and represents the core of strong economic stakes through the practice of oyster-farming. This activity has been affected for around thirty years by summer mortality events, and more recently by abnormally high death rates of juveniles. This work focused on the role of the Arcachon Bay’s main contaminants in this crisis, by studying their effects on the cupped oyster’s biology. Firstly, an in situ approach was adopted in order to identify the major pollutants of the bay: caged oysters were transplanted and sediments were sampled. The presence of contaminants in the samples was associated to biological responses. Secondly, the contaminants identified in situ were used in controlled conditions at the laboratory. Three experimentations were performed; the first dealt with the contamination pathways of tributyltin; the second focused on the biological effects of pesticides and copper; the third concerned the effects of PAH towards diploid and triploid oysters. Our results indicate that the inner stations present higher accumulation of metals and PAH, in accordance with the hydrodynamic features of the bay. The bioindicators used in situ exhibited seasonal trends related to the oysters’ gametogenesis. In the laboratory, most of the contaminants used at environmental levels induced an adaptive response of the exposed oysters. Our study highlights the importance of coupling in situ and laboratory approaches in order to understand the functioning of coastal ecosystems.