Dissertations / Theses on the topic 'Qualité de l'eau – Effets des herbicides'

Les herbicides figurent parmi les contaminants les plus courants et les plus dangereux trouvés dans les milieux aquatiques. Ces polluants peuvent avoir des effets cancérigènes et mutagènes sur l'homme. Ils présentent également des dangers potentiels pour l'environnement. Il est donc nécessaire de développer des procédés de traitement innovants. Parmi ceux-ci-, les Plasmas Non Thermiques (PNT) peuvent être utilisés efficacement. Les PNT sont capables de générer des espèces oxydantes (HO°, O3, O°, H2O2, etc.), avec des potentiels d'oxydation élevés, et qui peuvent réagir avec les molécules dans l'eau. Toutefois, ces traitements ne sont pas toujours suffisants. Une des solutions étudiée est le couplage du plasma avec les carbones activés (CA). Ce travail présente l'étude du traitement d'herbicides cibles (l'acide 2,4-dichlorophénoxyacétique et le glyphosate) et le principal métabolite du glyphosate l'acide aminométhylphosphonique AMPA par plasma non thermique (PNT) couplé à des CA. Dans un premier temps, l'étude a porté sur le traitement du 2,4-D afin de mettre en œuvre les procédés sur un polluant déjà étudié avec d'autres procédés de traitement. Les résultats obtenus ont montré un fort effet synergique du couplage PNT/CA. Le meilleur couplage a été obtenu en associant le PNT au CA L27-Fe en permettant une dégradation complète et une minéralisation élevée de 65 % pour une solution de 2,4-D (avec une concentration de 50 ppm) pour une durée de traitement de 120 minutes. Lors des traitements par PNT seul, pour la même durée de traitement le taux de dégradation était de 79 % sans aucune minéralisation. Les différentes analyses effectuées ont permis de confirmer que la dégradation et la minéralisation observées étaient réellement liées à un effet catalytique des CA et non à de l'adsorption. Après validation des effets synergiques du procédé couplé, le travail de thèse s'est poursuivi par l'étude du couplage PNT/CA-Fe pour le traitement du glyphosate et de l'AMPA afin d'évaluer la capacité du procédé pour être généralisé au traitement d'autres herbicides dans des matrices naturelles plus complexes. Il a ainsi été obtenu une dégradation complète après 120 minutes de traitement pour le glyphosate et 180 minutes de traitement pour l'AMPA et une minéralisation complète de la solution traitée après 240 minutes pour le traitement d'un mélange glyphosate/AMPA (20 ppm/10 ppm)
Herbicides are among the most common and dangerous contaminants found in aquatic environments. These pollutants can have carcinogenic and mutagenic effects on humans. They also pose potential dangers to the environment. It is therefore necessary to develop innovative treatment processes. Among these, Non-Thermal Plasmas (NTP) can be used effectively. NTP are capable to generate oxidizing species (HO°, O3, O°, H2O2, etc.), with high oxidation potentials, which can react with organic molecules in water. However, these treatments are not always sufficient. One of the solutions being studied is to couple plasma with activated carbons (AC). This work presents the study of targeted herbicide treatment (2,4-dichlorophenoxyacetic acid and glyphosate) and the main glyphosate metabolite aminomethylphosphonic acid (AMPA) by non-thermal plasma (NTP) coupled with AC. Initially, the study focused on the treatment of 2,4-D in order to implement the processes on a pollutant that has already been studied with other treatment processes. The obtained results shows a strong synergistic effect of the NTP/AC coupling. The best coupling was obtained by associating NTP with Fe-L27 AC, allowing a complete degradation and a high mineralization of 65% for a 2,4-D solution (with a concentration of 50 ppm) for a treatment time of 120 minutes. During alone NTP treatments, for the same treatment time, the degradation rate was 79% with no mineralization. The various analyses carried out confirmed that the observed degradation and mineralization were actually linked to a catalytic effect of the AC and not due to adsorption. After validating of the synergistic effects of the coupled process, the thesis work continued by studing the NTP/Fe-AC coupling for the treatment of glyphosate and AMPA to assess the process's ability to be generalized to treat other herbicides in natural matrices. Complete degradation was achieved after 120 minutes of treatment for glyphosate and 180 minutes of treatment for AMPA and a complete mineralization of the treated solution after 240 minutes for the treatment of a glyphosate/AMPA mixture (20 ppm/10 ppm)

Les mécanismes responsables du transfert de l'herbicide isoproturon dans le sol et vers les eaux captées ont été étudiés. D'abord, l'analyse de la teneur en isoproturon dans l'eau libre du sol prélevée par drainage ou bougie poreuse a démontré son passage précoce dans la solution du sol superficielle. Puis, le même sol limono-argileux a servi à constituer des colonnes modéles placées sous conditions climatiques naturelles. Il est apparu que les événements pluvieux susceptibles de provoquer les migrations importantes qui contaminent les eaux souterraines interviennent au cours du premier mois qui suit le traitement : l'isoproturon,non dégradé, est alors très mobile. Enfin, des études de laboratoire en conditions contrôlées ont permis de démontrer que l'isoproturon est peu fixé en tant que tel par les constituants du sol, mais que certains de ses produits de dégradation, rapidement prépondérants, interagissent plus fortement avec le substrat
Ln order to identify processes that act on herbicide isoproturon transfer in soil and water, several experimental studies were attempted. Ln the field, isoproturon appeared to reach surface soil water early after treatment. Then, the same soil was used to fill lysimeters placed under natural climatic conditions. Rainwater was able to produce large exportations only during the first month after treatment, because isoproturon, not yet fully degraded, was very mobile. Last, experiments under laboratory controlled conditions showed that isoproturon was sorbed only weakly on soil components. On the opposite, some of its degradation products, which rapidly represent the greatest part of residues, were more strongly held to soil

Ce travail étudie d'abord l'influence des régimes d'irrigation appliques en culture sur la production de plantes en pots telles que l'impatiens de Nouvelle Guinée et gardénia jasminoides : il est ensuite consacré à l'étude de l'expression post-culturale (appartement) en conditions environnementales stressantes de la qualité des plantes produites. Dans le cas de l'impatiens, une culture a été réalisée sur plusieurs types de substrats (aération faible à importante) et à différents régimes d'irrigation. Les perturbations de la croissance sont dûes à l'installation de nouveaux équilibres hydriques dans le système substrat-plante qui mettent en permanence le végétal dans une situation proche du flétrissement temporaire. Dans cette situation, il a été montré que la contribution des systèmes racinaires à la transpiration de la plante est très importante. L'expression post-culturale des perturbations de la qualité des plantes produites n'est plus liée au régime d'irrigation suivi en culture mais dépend essentiellement de la luminosité et du comportement hydrique du substrat. Les expérimentations réalisées en cellule climatique avec gardénia jasminoides nous ont permis de décrire plus précisément l'installation du nouvel équilibre hydrique dans le système substrat-plante. Cette installation se fait grâce à la variation de nombreux paramètres physiologiques tels que la transpiration, le potentiel hydrique foliaire et le potentiel hydrique matriciel du substrat. Au sein de la plante, une activation de la maturation des boutons floraux a été obtenue sur les plantes rationnées. Mais ce phénomène n'a pas pour autant avance la mise à fleur de ces mêmes plantes placées dans les conditions climatiques d'appartement. Le critère de longévité post-culturale des plantes est essentiellement représenté par l'intensité lumineuse qui arrive aux plantes. Quel que soit le traitement hydrique appliqué en fin de culture, le maintien des plantes pendant un mois en chambre climatique dans des conditions stressantes induit une floraison plus précoce et plus abondante que sur les plantes de serre.

Dans les pays tropicaux, les enrobés bitumineux périssent rapidement par pénétration de l'eau et par désenrobage (rupture de liaison entre granulats et film de bitume. La plus part des essais traditionnels sont destructifs et nécessitent de nombreuses éprouvettes. Ce travail cherche à comprendre l'évolution des caractéristiques mécaniques des mélanges sous l'effet de l'eau par un essai non destructif qui permet de définir l'intensité de la dégradation. L'étude classique de la variation de la rigidité met en évidence l'incidence de la nature minéralogique du squelette granulaire et de la teneur en bitume (formulation). L'essai de module complexe permet un suivi original des caractéristiques mécaniques. Il apparaît plus homogène et produit des résultats plus cohérents. Sa modélisation permet de définir un facteur d'endommagement (D) dont l'interprétation apporte des informations sur la connaissance de la tenue à l'eau
Moisture and stripping (debonding of bitumen and aggregate) are a key element in the distress of bituminous mixtures in the tropical countries. Most of the laboratory testing procedures are destructive and require many specimens. This study aims at understanding the mechanical characteristics evolution for compacted bitumen-aggregate mixtures, using a non-destructive test. The classical study of stiffness evolution highlights the effect of the mineralogical nature of the aggregate skeleton and the bitumen content. The evolution of complex modulus appears to be relevant in evaluating moisture damage, showing the consistent results. It's modelling allows to determine a factor (D) related to moisture-induced damage

L'utilisation des fertilisants azotés et des herbicides de synthèse est aujourd'hui nécessaire pour assurer la productivité des systèmes de culture et répondre à la demande alimentaire d'une population mondiale en croissance démographique. Cependant, les effets potentiels de ces produits de synthèse sur les propriétés édaphiques et aériennes des agrosystèmes ont été décrits comme dépendants de l'environnement physico-chimique et biologique du sol sur lequel ils sont appliqués. En particulier, il semblerait que les sols non perturbés et sous couverture végétale permanente, caractérisés par des propriétés édaphiques très différenciées des sols gérés sous labour conventionnel, puissent modifier les effets non ciblés de certains herbicides. Plusieurs expérimentations en champ ainsi que deux études en conditions contrôlées ont permis de mettre en évidence que les systèmes gérés en semis-direct sous couverture végétale permanente étaient associés à une augmentation des teneurs en carbone et azote organique, des activités fonctionnelles microbiennes, de l'abondance en spores de champignons mycorhiziens arbusculaires, et de la colonisation racinaire du maïs par les champignons mycorhiziens. Deuxièmement, la fertilisation azotée a induit des effets négatifs sur certains indicateurs biologiques du sol comme l'activité de deshydrogénase alors qu'elle a permis d'augmenter la productivité végétale et la survie de certains parasites aériens des cultures. Troisièmement, le glyphosate, un herbicide total, a augmenté le temps de dégradation des substrats organiques, et n'a pas eu d'effet sur l'activité des champignons mycorhiziens lorsqu'il était appliqué seul ; par contre l'application d'azote en combinaison avec le glyphosate sur un sol fertilisé depuis 6 ans a entraîné une diminution du taux de colonisation du haricot par les champignons mycorhiziens. Les engrais azotés appliqués sur le long terme sont donc capables de modifier les effets non ciblés du glyphosate. Enfin, le S-Metolachlore, un herbicide sélectif, a augmenté la teneur en nitrates des sols cultivés en semis-direct, sans affecter ceux gérés en labour annuel, et a également augmenté la teneur en ammonium des turricules de vers de terre des sols conduits en semis-direct et fertilisés depuis 6 ans. Nous concluons que ce sont essentiellement les combinaisons de pratiques qui sont responsables des effets des herbicides sur les propriétés édaphiques et aériennes dans les agrosystèmes
Nowadays, the use of synthetic nitrogen fertilizers and herbicides is required to ensure cropping systems productivity and meet the demand for food of a growing population. However, the potential effects of these synthetic products on agrosystem’s below- and above-ground properties have been described to be dependent of soil physicochemical and biological characteristics on which they are applied. Especially, it seems that soils under no-till and continuous cover-cropping, characterized by contrasted edaphic properties as compared to soils managed under annual plowing, may change the non-target effects of certain herbicides. Several field experiments, as well as two mesocosm studies, evidenced that cropping systems conducted under no-till with continuous cover-cropping were associated to increased organic carbon and nitrogen contents, microbial functional activities, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) spore density, and maize root colonization by AMF. Secondly, nitrogen fertilization induced negative effects on soil biological indicators such as dehydrogenase activity while it improved plant productivity and nymph survival of certain above-ground pests. Thirdly, glyphosate, a total herbicide, increased degradation time of organic substrates, while it did not change AMF activity when applied alone. However, the combinaison of glyphosate plus nitrogen fertilization in a soil fertilized over a 6-year period led to a decreased root colonization of bean by AMF. Thus, the long term nitrogen fertilization is capable to change the non-target effects of glyphosate. Finally, S-Metolachlor, a selective herbicide, increased nitrate content of soils subjected to no-till, while those conducted under annual plowing revealed no effect, and increased ammonium content of earthworm casts in soils managed under no-till with nitrogen fertilization for 6 years. We conclude that the effects of herbicides on agrosystem's above- and below-ground properties are mainly due to the combination with other agricultural practices such as nitrogen fertilization

Un nouvel outil d'évaluation biologique de la qualité des eux courantes, la synécoparcimonie, est proposé et testé. Ses bases méthodologiques sont développés. Sa validité est testée sur plusieurs cas concrets, d'origines géographiques diverses (néarctique et ouest-paléarctique). Il est montré que cet outil peut être utilisé tant pour analyser des peuplements faunistiques que microfloristiques. L'outil nouveau permet de minimiser les hypothèses ad hoc. Il autorise la confrontation directe et rigoureuse des données biologiques avec les caractéristiques mésologiques des cours d'eau. La notion de taxon indicateur est discutée, et le concept de taxon signifiant est proposé. Les outils indiciels européens actuels d'évaluation biologique de la qualité des eaux courantes sont étudiés et critiqués. Il est démontré que la méthode proposé peut permettre une approche pertinente de la qualité des eaux et/ou des milieux aquatiques. Son domaine de validité est précisé, et les études complémentaires à réaliser pour en parfaire la mise en place sont exposées. La nécessité de l'utilisation de matrices de données biologiques qualitatives proches de l'exhaustivité, y compris en retenant les taxons " rares ", est montrées. Le niveau spécifique de détermination des taxons est confirmé comme étant le plus informatif. La méthode proposée pourrait s'intégrer à terme dans l'ensemble des outils à disposition des gestionnaires de l'eau douce en Europe
A new freshwater biomonitoring tool, the synecoparsimony method, is proposed and tested. The methodological bases are explained. Its validity is tested on several real cases, of various geographical origins (neartic and west-palearctic). It is shown that this method can be used as well to analyze faunistic data as microfloristic. The new tool makes it possible to minimize the ad hoc hypothesis. It enables direct and rigorous confrontation between biological data and the mesologic characteristics of the rivers. The concept of “bio-indicator” taxa is discussed, and the concept of “significant taxa” is proposed. The new European freshwater biomonitoring tools ara studied and criticized. It is shownthat the new suggested method can allow a relevant approach of the quality of water and/or of aquatic environments. Its validity field is specified, and the complementary studies necessary to improve this new tool are exposed. The need for the use of “total evidence” matrices of qualitative biological data, necessary including “rare” taxa, is shown. The specific level of determination of taxa is confirmed as being the most informative. The method we propose could be integrated as a complementary tool available for freshwater managers in Europe

Pour garantir une qualité d'eau appropriée à la population humaine et aux milieux naturels, l'Union Européenne a sollicité tous les états membres afin d'obtenir d'ici 2015 une qualité écologique minimale satisfaisante pour toutes les eaux de surface, définie par la nouvelle Directive Cadre sur l'Eau. Des outils basés sur des paramètres biologiques sont donc nécessaires dans ce contexte, de façon à aider les gestionnaires de l'eau à évaluer, et protéger cette importante ressource. L'objectif principal de cette thèse a été l'évaluation du statut de populations de poissons natives de quelques rivières du Sud-ouest de la France, impactés par les polluants, en utilisant des traits biologiques des poissons. La rivière Lot a été fortement touchée par une pollution historique par les métaux lourds, conséquence d'exploitations minières dans plusieurs sites du bassin versant. Les concentrations de cuivre, zinc, cadmium et plomb on été quantifiées dans le muscle et le foie de 3 espèces de poissons, ainsi que dans l'eau, les sédiments et les bryophytes, en 1987 et 2007. La situation du Lot s'est améliorée au cours des 2 dernières décennies, bien qu'il reste encore une marge de progression selon les critères établis pour la protection de la vie aquatique. Les concentrations moyennes de cadmium dans le muscle de poisson en 2007 dépassaient les niveaux maximaux, établis par le Commission Européen pour une consommation humaine sans risque. Plus de la moitié du bassin versant de l'Adour-Garonne est couvert de terres agricoles. Dans ce contexte, l'impact de la pollution agrochimique sur des populations sauvages de goujons et chevaines a été évalué. Après élimination des effets confondants (variation génétique, distance géographique, paramètres de l'eau), 4 des 17 traits morphologiques étudiés sur le goujon étaient significativement liés à la toxicité des pesticides. Des différences morphologiques sont susceptibles d'avoir lieu précocement au cours du développement, indiquant que les poissons on été en effet exposés à des facteurs de stress, comme les molécules toxiques, pendant leur croissance. Avec une augmentation des niveaux de pesticides, la condition générale des chevaines a diminué alors que la taille de leurs gonades a augmenté. Des observations histopathologiques du foie ont révélé que les chevaines des stations plus polluées présentent des réserves lipidiques réduites et des signaux de stress immunologique accrus. Afin de vérifier si les pesticides trouvés dans le bassin versant de l'Adour-Garonne ont des effets sub-létaux sur les poissons, des juvéniles de truites arc-en-ciel ont été exposés en laboratoire à de faibles teneurs d'un mélange d'herbicides (atrazine, linuron et metolachlore). Pendant l'exposition de 5 jours, le comportement des truites a été surveillé. L'augmentation de l'agressivité des poissons corrélée à un accroissement des mouvements n'a pas été observée pour les poissons exposés. Ces derniers ont tendance à occuper des zones plus profondes des aquariums. En conclusion, les truitelles exposées ont présenté une hypoactivité générale, ce qui est un handicap à long terme. Globalement, les résultats de recherches ici menées démontrent que les poissons sont appropriés en tant que bioindicateurs environnementaux, et comme organismes modèles pour tester les effets de faibles doses de mélanges de polluants, dans la nature et au laboratoire. En testant l'existence d'une relation significative entre contamination et réponse biologique, il est important de prendre en compte les facteurs confondants, tant environnementaux qu'innés aux organismes. Le lien entre la présence/magnitude de la contamination et l'effet sur l'écosystème peut donc être établi, et utilisé pour promouvoir des actions préventives et protectrices à des fins de conservation des espèces et de protection d'une ressource essentielle comme l'eau
In order to guarantee a basis for adequate water quality for humans and the natural environment, the European Union has requested that all member states attain at least good ecological and chemical water quality in all surface waters by 2015, in what is know as the Water Framework Directive. Biologically-based tools are thus needed to adequately assess the ecological status of water bodies. Such tools will aid water managers in assessing, reporting, and eventually protecting such an important resource. The main objective of this thesis work was to evaluate the status of native fish populations in toxicant-impacted rivers in South-West France using a number of fish biological traits. The historically polluted environment of the River Lot has been strongly impacted by heavy metals during and after mining activities took place in certain parts of the river basin. The concentration of copper, zinc, cadmium and lead were quantified in muscle and liver of 3 fish species, as well as in environmental samples (water, sediment, moss) in 1987 and 2007. The situation of the River Lot has improved over the last 2 decades although there is still margin for amelioration according to criterion for the protection of freshwater aquatic life. The average concentrations of cadmium in fish muscle in 2007 were above the maximum safe for human consumption defined by the European Commission. More than half of the Adour-Garonne river catchment area is covered by agricultural land. In this context, the impact of agrochemical pollution on wild gudgeon and chub populations was assessed. A set of biological traits were measured for each species and the link to pesticide toxicity levels tested. Upon removal of confounding effects (genetic variation, geographical distance, water parameters), 4 of the 17 morphological traits studied on the gudgeon were significantly linked to pesticide toxicity. Such differences in body shape are susceptible to take place during early developmental stages, thus indicating that fish were indeed exposed to change-inducing stressors such as toxicants throughout their development. Chub general condition decreased while gonad size increased with increasing toxicity. Histopathological observations of liver tissue indicate that chubs from more polluted sites have reduced lipid storage and increased immunological stress. In order to verify whether pesticides found in the Adour-Garonne river basin cause sub-lethal effects on fish, farm-raised juvenile rainbow trout were exposed in laboratory conditions to low levels of a mixture of herbicides (atrazine, linuron and metolachlor). During the 5-day exposure, trout behaviour was monitored. The increase in number of aggressions of control fish was reflected in an increase of movements per fish, whilst this relationship was not seen in exposed fish. In average, exposed fish tended to occupy lower compartments than control fish. Juvenile trout exposed to a mixture of pesticides thus presented a general hypoactivity, possibly a handicap to survival in the long term. The overall results of these investigations indicate that fish are relevant as environmental bioindicators and as model test organisms to evaluate the effect of sub-lethal levels of contaminant mixtures, in the field and in laboratory conditions. When testing whether there is a significant relationship between contamination and a biological response, it is important to take into account multiple confounding factors, both environmental as well as innate to the organism. In this way, the link between presence/magnitude of contamination and effect on the ecosystem can be clearly established, and used to promote preventive and protective measures for species conservation and the protection of a basic resource - water

Les nageurs, les enfants ou les maîtres nageurs sauveteurs (MNS) développent fréquemment des phénomènes infectieux caractérisés par des infections des voies respiratoires supérieures et/ou des irritations oculaires et dermiques. La qualité de l'environnement aquatique, particulièrement la qualité de l'eau et de l'air sont mis en cause. L'environnement aquatique de piscines chlorées est riche en composés chlorés irritants tels que les chloramines. Les objectifs de cette thèse ont été d'une part de mesurer les effets des lampes UV moyenne pression (UV MP) dans l'amélioration de la qualité de l'eau et de l'air des piscines chlorées et, d'autre part, de déterminer l'impact de cet environnement aquatique sur une des premières lignes de défense immunitaire, les immunoglobulines salivaires. Pour répondre à ces objectifs, trois études ont été réalisées. La première et la deuxième ont porté sur les effets de l'irradiation UV sur la qualité physico-chimique de l'eau et plus particulièrement sur les concentrations en chloramines de l'eau et de l'air. La troisième a permis de déterminer l'impact de cet environnement riche en sous-produits chlorés sur la chronobiologie des IgA salivaires de maîtres nageurs sauveteurs. Nos résultats ont montré que les lampes UV MP tendent à augmenter le chlore libre actif par la photolyse d'une partie du chlore combiné. Cette augmentation du chlore libre actif a permis de réduire le chlore injecté et le volume du renouvellement en eau tout en maintenant la qualité bactériologique de l'eau dans les limites autorisées. Cependant ce type de lampe augmente la quantité de THMs totaux, en particulier celui du chloroforme. Le traitement de l'eau par les lampes UV MP a aussi réduit la concentration de l'air en chloramines (trichlorure d'azote) et ce à 10 cm au dessus du sol. Enfin cet environnement chloré semble induire une augmentation des concentrations en IgA salivaires totales chez les MNS, par rapport à une population témoin. Ce travail de thèse a donc permis de démontrer l'efficacité des lampes UV moyenne pression pour la photolyse des chloramines, de mettre en évidence que ce type de lampe augmente certains THMs dont le chloroforme, d'agréer ce type de lampes (société BIO-UV) pour la déchloramination des eaux de piscines, et enfin de mettre en évidence l'impact de cet environnement chloré sur la chronobiologie et les concentrations des IgA salivaires chez les MNS.

Cette étude concerne le bassin hydrographique de la Garonne en utilisant les communautés piscicoles comme outils d'analyses et de gestion de la qualité environnementale. La première partie aborde l'approche globale à l'échelle du bassin versant. La diversité du peuplement de poissons a été étudiée selon le profil longitudinal et les guildes, en relation avec les facteurs environnementaux. Les variables utilisées sont la composition spécifique des peuplements ainsi que les caractéristiques physico-chimiques et topographiques du chaque cours d'eau. L'analyse statistique s'effectue par des méthodes multivariées, y compris les réseaux de neurones artificiels. La deuxième partie concerne l'approche à l'échelle locale. Deux cas d'anthropisation ont été étudiés. L'un porte sur la dégradation du milieu par le rejet d'une usine de pâte à papier. L'indice de comparaison abondance-biomasse est utilisé afin d'évaluer le stress au sein du peuplement de poissons. L'autre cas étudie une rivière à truites soumise aux débits réservés et à la pêche de loisir. L'analyse s'effectue selon le modèle de Ricker (stock-recrutement) pour estimer un seuil de conservation. Les résultats montrent l'importance de la caractérisation des peuplements de poissons, de leurs habitats, de l'échelle spatiale de l'étude, de la prise en compte de l'hétérogénéité du paysage et l'application des approches mathématiques pour la gestion de la qualité environnementale des grands bassins.

Le périphyton constitue un peuplement complexe toujours dans nos cours d'eau. Son grand rapport surface sur volume, ainsi que sa sensibilité à la qualité des eaux en fait un bio-indicateur pouvant être intéressant pour les gestionnaires. Cette thèse s'inscrit dans une thématique visant à évaluer la qualité écologique des cours d'eau à partir de mesures écophysiologiques du périphyton. Les objectifs principaux de cette thèse sont d'identifier les réponses de la communauté périphytique soumise à deux conditions trophiques contrasté (hyper-eutrophe et oligo-mésotrophe) ainsi que l'effet de la vitesse du courant sur la modulation de la réponse. Pour bien intégrer la réponse de la communauté périphytique, trois descripteurs de la structure du pérphyton ont été suivis (masse sèche sans cendre, teneur en chlorophylle a, teneur en phéopigments), ainsi que deux descripteurs des activités globales (production primaire brute et respiration) et une activité plus spécifique (activité de la phosphatase alcaline). Cette étude a été menée en canaux artificiels afin de mieux contrôler les facteurs environnementaux. Le développement de la communauté périphytique est enregistré pendant huit semaines après immersion de substrats artificiels vierges dans les canaux. L'effet de l'enrichissement se traduit par une augmentation notable des valeurs de tous les descripteurs de la structure et d'activités globales au cours de la colonisation. À l'inverse, une diminution de l'activité de la phosphatase alcaline a été enregistrée. L'effet de la vitesse du courant varie avec le statut trophique des rivières expérimentales. Les valeurs maximales, quel que soit le descripteur considéré, sont atteintes dans les courants rapides en hyper-eutrophie, alors qu'elle sont atteintes dans les courants lents en oligo-mésotrophie. Ainsi, la vitesse du courant optimale pour le développement du périphyton semble varier suivant le statut trophique de la rivière.

En 2009, le Grenelle de l’environnement a ouvert en France la possibilité d’intégrer des clauses environnementales au sein des cahiers des charges d’Indications Géographiques (IG). Cette opportunité nouvelle intéresse fortement les Agences de l’eau qui cherchent de plus en plus à agir en amont à la source des pollutions agricoles. Dans ce contexte, cette étude interroge la manière dont certaines démarches de qualité alimentaire intègrent dans leur dynamique des objectifs de préservation de l’eau. Pour y répondre, nous avons développé une approche globale permettant de resituer les enjeux de qualité de l’eau dans ceux plus larges d’environnement. Nous avons également dépassé la seule analyse des cahiers des charges des IG pour considérer l’ensemble des actions en faveur de l’environnement dans lesquelles elles s’impliquent. Le cadre d’analyse développé, celui de la résilience des Systèmes Alimentaires (SA) de qualité différenciée répond à ce besoin d’élargissement. Il nous permet d’étudier les dynamiques environnementales engagées pour faire face à des perturbations liées à la dégradation des ressources naturelles dont l’eau. Il s’agit autant de perturbations factuelles, mesurées, que de perturbations représentées lorsque les acteurs envisagent un risque potentiel. Ce cadre d’analyse a été appliqué à la viticulture et à l’arboriculture dans le Sud-Est de la France. Les résultats montrent la complexité des dynamiques environnementales engagées : elles reposent toutes sur plusieurs actions complémentaires et supposent la présence d’acteurs clés ayant la capacité à engager une dynamique collective et à envisager les SA à la fois dans leur dimension verticale les liant au marché et dans leur dimension horizontale les insérant dans le territoire
In 2009, The Grenelle de l'Environnement (French environmental pact) introduced environmental clauses within Geographical Indications (GI) specifications. French Water agencies (agences de l’eau) perceive it as a good opportunity to address the issue of agricultural pollution, by takings actions at the upstream level. In this context, this study examines how certainfood quality processes are proactively setting targets for conserving water. This question led to develop a global approach in order to look at the issues of water quality from the wider angle of environmental preservation. It requires not only to focus on regulation tools of food quality products but also to take into account a larger set of environmental actions. Along the same lines, the theoretical framework of the resilience of food system of differentiated quality has also been developed. It allows to study proactive environmental dynamics set up by stakeholders to deal with perturbations linked to natural resources degradation, such as water. Those perturbations can be factual (measured) or represented, when stakeholders consider a potential risk. This analytical framework has been applied on case studies in viticulture and fruit production in the South-East of France. The results underscore the complexity of environmental dynamics: they are based on a set of complementary actions and require the mobilization of key players, able to engage in a collective dynamics but also to have a wider vision of food systems, both by looking at the vertical dimension (market oriented) and horizontal dimension (link with the local territory)

De novembre 2002 à décembre 2005, l'habitat préférentiel de l'écrevisse indigène à pattes blanches (Austropotamobius pallipes) a été défini dans le " pays de Gâtine " (Deux-Sèvres, France). Pour cette étude, huit cours d'eau, répartis dans quatre bassins hydrographiques différents, ont été sélectionnés. Sur chaque ruisseau, deux points de prélèvement ont été choisis : le premier, le plus en amont, était situé au niveau de la population d'A. Pallipes et le second, 2 à 3 km en aval, était dépourvu d'écrevisse à pattes blanches. Vingt-trois paramètres physico-chimiques, concernant les composantes minérale et organique de l'eau, ont été très régulièrement mesurés et quatre prélèvements de la faune de macroinvertébrés benthiques ont été réalisés. Ce suivi a permis d'acquérir une importante base de données pour caractériser les tolérances d'A. Pallipes vis-à-vis de certains paramètres ce qui nous a conduit à discuter son statut de bioindicateur de la qualité des eaux. L'utilisation d'analyses multivariées (Analyse en Composantes Principales majoritairement) a montré (i) que la matière organique serait un des facteurs discriminants dans la présence/absence d'A. Pallipes et (ii) que, précisément, la présence d'A. Pallipes est associée à celle de familles de macroinvertébrés les plus sensibles aux pollutions organiques. L'ACP a aussi permis de réduire considérablement le nombre de paramètres abiotiques et biotiques informatifs. De plus, l'utilisation de ces paramètres sélectionnés pour modéliser par Réseaux de Neurones Artificiels (RNA) la présence/absence d'A. Pallipes a fourni des résultats satisfaisants et prometteurs en terme de gestion et de conservation de cette espèce menacée
From November 2002 to December 2005, the preferential habitat of the indigenous white-clawed crayfish (Austropotamobius pallipes) was determined in the “Pays de Gâtine” (Deux-Sèvres, France). For this study, eight brooks, from four different catchments, were selected. Two sampling sites were monitored per brook; the first being where the population was present and the second 2 to 3 km downstream of the population. Twenty-three physico-chemical parameters, concerning both mineral and organic water components, were regularly measured as well as four samplings of benthic macroinvertebrate fauna. This study made it possible to build up a large data base characterizing the tolerance levels of A. Pallipes with respect to certain parameters, which led us to discuss its status as a bioindicator of water quality. The use of multivariate analysis (mainly Principal Component Analysis) showed (i) that organic matter seems to discriminate A. Pallipes presence/absence and (ii) that A. Pallipes presence is closely associated with the occurrence of some families of macroinvertebrates which are very sensitive to organic pollution. PCA also permitted us to considerably reduce the number of abiotic and biotic parameters considered. In addition, the use of these selected parameters to model A. Pallipes presence/absence with Artificial Neural Networks (ANN) showed interesting and promising results for the management and the conservation of this threatened species

La littérature fait suspecter mais n’indique pas clairement un lien entre la contamination du réseau d’eau et les infections nosocomiales à Pseudomonas aeruginosa. Les recommandations de prélèvements d’eau sont différentes selon les pays. Notre travail s’appuie sur les données des résultats des prélèvements d’eau et des prélèvements positifs à P. aeruginosa chez les patients (colonisation ou infections nosocomiales), réalisés au CHU de Dijon entre 2005 et 2013. Les contaminations des points d’eau étaient fréquentes (17%, IC95% 15,5-18,2). Des modèles mixtes n’ont pas montré de diminution d’incidence des cas de P. aeruginosa dans le nouveau bâtiment, moins souvent contaminé, pour les unités qui ont déménagé d’un bâtiment à un autre. La méthode de Kulldorff a permis de détecter peu d’agrégats temporels de cas. Des modèles GEE (Generalized Estimated Equations) ont montré une association positive entre la proportion de prélèvements d’eau positifs dans le trimestre dans le bâtiment et l’incidence des cas nosocomiaux. Cette association était retrouvée dans les analyses en sous-groupe des données de réanimation mais ne l’était plus lorsque les unités de réanimation et d’hématologie étaient exclues.Peu d’arguments en faveur d’un rôle du réseau d’eau dans la survenue de cas de P. aeruginosa sont apportés, en dehors des services de réanimation ou d’hématologie. En raison du coût associé aux prélèvements et aux mesures correctrices, il pourrait être proposé de limiter les prélèvements à ces unités à risque. Des études prospectives génotypiques devraient être conduites afin de mieux explorer l’association entre qualité microbiologique de l’eau à l’hôpital et infections nosocomiales
Scientific literature allows suspecting but does not clearly indicate a link between water network contamination and Pseudomonas aeruginosa healthcare-associated infections. Guidelines for water samples vary across countries.Our work is based on water samples and P. aeruginosa patients’ samples (healthcare-associated colonizations or infections) in Dijon University hospital between 2005 and 2013.Water outlets contaminations were frequent (17%, CI95% 15.5-18.2). Mixed models on units that moved from a building to another did not show a lower incidence of P. aeruginosa cases in the new building than in the others, although it was less contaminated. Kulldorff’s method allowed detecting few temporal clusters of cases. GEE (Generalized Estimated Equations) models showed a positive association between the proportions of positive water samples in the building in the quarter and the incidence of healthcare-associated cases. This association was still observed in subgroup analyses of intensive care units but was no more observed in the database excluding hematology and intensive care units. Few arguments for an association between water network contamination and P. aeruginosa healthcare-associated colonizations or infections are provided, except in hematology and intensive care units. Given the costs associated with the samples and correctives measures, it could be proposed to limit the samples to these units at risk. Prospective studies with molecular typing methods should be conducted in order to better understand the association between hospital water network microbiologic quality and healthcare-associated infections

Les paramètres comportementaux sont de plus en plus considérés comme étant des indicateurs sensibles et précoces de toxicité chez les organismes aquatiques. Cependant, l’utilisation du comportement natatoire comme critère de toxicité pour l’analyse de risque environnemental ou pour le contrôle de la qualité de l’eau reste pour l’heure encore limitée. En effet, il est actuellement difficile de quantifier la sensibilité des paramètres comportementaux et d’établir un lien entre les seuils d’effets comportementaux et les effets aigus et subaigus classiquement mesurés dans les tests en écotoxicologie. Dans le but d’améliorer notre compréhension des effets comportementaux des polluants sur Daphnia magna, nous avons développé un nouveau système de mesure du comportement multi-cuves baptisé «Multi-DaphTrack ». Douze substances toxiques, couvrant une large gamme de modes d’action différents ont été testées dans ce système. Un test standard d’immobilisation ainsi que des analyses de comportement dans le toximètre DaphToxI®, ont également été effectués pour chaque substance afin de comparer les seuilsd’effets comportementaux avec les paramètres classiques d’immobilisation. Les résultats des expositions aux différentes substances ont démontré que notre nouveau système d’exposition multi-cuves permet de détecter des effets comportementaux (i.e.,augmentation de la vitesse de nage) significatifs et précoces pour l’ensemble des substances testées et ce, à des concentrations proches de la CE10(48 h) du test aigu d’immobilisation dès la première heure d’exposition. Des profils comportementaux différents ont été observés selon les substances testées (i.e., intensité, temps de latence et durée de l’effet) mais ceux-ci ne sont pas spécifiques d’un mode d’action particulier. Les résultats obtenus avec le toximètre DaphToxI®ont révélé des profils d’effet similaires (i.e.,augmentation de la vitesse de nage) bien que ce système soit globalement moins sensible par rapport au système «Multi-DaphTrack». Pour conclure, notre nouveau système d’exposition multi-cuves «Multi-DaphTrack» est un outil plus sensible et précoce que letest standard d’immobilisation pour l’évaluation de la toxicité de substances chimiques. L’utilisation du système «Multi-DaphTrack» pourrait donc être envisagée, après quelques améliorations et validation supplémentaires, pour l’évaluation de la qualité des masses d’eauet des effluents
Swimming behavior is increasingly reported as a sensitive and early indicator of toxicant stress in aquatic organisms. However, it remains unclear how to quantify the sensitivity of swimming behavioral endpoints and how to compare these effect thresholds with standard ecotoxicological endpoints used in risk assessment. To date, the systematic assessment of the sensitivity of swimming behavioral endpoints in daphnia is limited because of the restrained test capacity of existing behavioral analysis systems. Hence, we developed a new behavioral analysis multi-cellsystemnamed “Multi-DaphTrack” with a high throughput testing capacity in order to enhance our understanding of swimming behavioral effects in Daphnia magnaunder chemical exposure. Twelve compounds covering different modes oftoxic action were selected and tested in this new system andin a single-cell commercialized biomonitor (DaphToxI®) and with the acute standard test.Our new multi-cellexposure system detectedsignificant and early swimming behavioral effects (i.e.,increase of the average speed) for most of the tested compounds and this, from the first hour of exposure at concentrations near the EC10(48h). Contrastedbehavioral profiles were observed for average speed (i.e., intensity, time of effect onset, effect duration), but no distinct behavioral profiles could be drawn from the chemical mode of action. Despite less sensitive,the DaphToxI®gave similar trends (i.e.,rapid peak increase) compared to our “Multi-DaphTrack” system. To conclude, behavior analysis using our “Multi-DaphTrack”systemcould be used as an alternative or complement to the current acute standard test for toxicity assessment of chemicals. With some additional improvements and validations, it also could be used forquality assessment of waterbodiesand sewages

Les flux allochtones de matière et d'énergie terrestres entrants dans les écosystèmes aquatiques impactent fortement leur fonctionnement. En plus de l'allochtonie naturelle, les activités humaines génèrent des flux allochtones. La pêche de loisir, à travers les pratiques d'amorçage, qui consistent en l'introduction de matière organique dans le but d'augmenter les captures de poissons, génère un flux allochtone d'origine anthropique dont les propriétés et les impacts sur les écosystèmes sont largement méconnus mais qui pourrait accélérer l'eutrophisation des plans d'eau. Ainsi, l'objectif général de cette thèse était de déterminer la composition et les propriétés du flux d'amorce afin d'estimer sa consommation par les poissons, d'évaluer ses impacts sur la qualité de l'eau et de proposer des mesures de gestion des pratiques d'amorçage. Dans un premier chapitre, l'analyse de la composition stœchiométrique de quatre types d'amorce a mis en évidence une forte teneur en azote et phosphore, variable selon les types, pouvant être jusqu'à dix-sept fois supérieure aux concentrations en phosphore observées dans l'allochtonie naturelle (litières d'arbres). Dans un deuxième chapitre, la concentration en microplastiques dans les amorces a été mesurée. Deux des trois types d'amorce analysés contenaient des microplastiques, avec une concentration moyenne de 17,4 particules/kg. Par analyse des isotopes stables, le troisième chapitre a mis en évidence une consommation contrastée d'amorce par les cyprinidés dans des plans d'eau de gravières supportant différents types de pêcherie. Certains individus dérivaient principalement leur énergie des amorces, représentant jusqu'à 80,5 % des ressources utilisées. Dans le quatrième chapitre, un suivi de terrain et des questionnaires aux pêcheurs ont mis en évidence une forte saisonnalité dans les quantités d'amorce utilisées selon la technique de pêche pratiquée. En moyenne, les pêcheurs à la carpe utilisaient 4,6 kg d'amorce par jour. Couplées à un fort apport estival, ces quantités ont généré une eutrophisation importante, modélisée à l'aide d'un modèle numérique de fonctionnement de lac. Ce même modèle a également identifié la limitation des quantités individuelles d'amorce comme la mesure de gestion la plus efficace, permettant de réduire les concentrations en phosphore et chlorophylle-a. Ce travail a permis de mettre en évidence que les flux d'amorce constituent une forme d'allochtonie aux propriétés qualitatives, quantitatives et temporelles variables dont dépend l'intensité des impacts sur les écosystèmes. Dans certains cas, ces flux conduisent à une dégradation importante de la qualité de l'eau, ce qui justifie la nécessité d'établir des mesures de gestion des pratiques d'amorçage
Terrestrial subsidies to aquatic ecosystem have a strong impact on their functioning. In addition to natural subsidies, human activities also generates allochthonous inputs. Recreational fishing, through groundbaiting practices, which consists in introducing organic matter to optimise fish harvest, generates human subsidies which properties and impact on aquatic ecosystem are poorly known, despite their potential implication on lake eutrophication. This study aimed to determine the composition and properties of angling bait subsidies in order to quantify their consumption by fish, to assess impacts on water quality and to propose groundbaiting management measures. In the first chapter, the analyses of stoichiometric composition of four angling bait types revealed a high level of nitrogen and phosphorus, variable according type, which phosphorus contents up to 17 times higher than those observed in natural subsidies (tree litter). In the second chapter, the microplastic concentration was quantified. Two of the three angling bait types analysed contained microplastics, with an average concentration of 17.4 particles.kg-1. Through the analysis of stable isotope values, the third chapter highlighted a contrasted angling bait consumption by cyprinid fishes in gravel pit lakes supporting different fishery types. Some individuals used angling baits as their major energy source, accounting for up to 80.5 % of the resources consumed. In the fourth chapter, a field survey coupled with a questionnaire to anglers allowed to assess a strong seasonality in the angling bait quantities used according to fishing technique practiced. Specialised carp anglers used in average 4.6 kg of angling baits per day. Associated to a strong summer input, these introduced quantities generated an important eutrophication, modelled with a numerical lake model functioning. This model also identified the limitation of individual amount of baits as the most efficient groundbaiting management measure, which allowed to drastically reduce the total phosphorus and chlorophyll-a concentrations. This work allowed to identify angling bait as a subsidy with qualitative, quantitative and temporal properties highly variables which modulate the impact on ecosystems. In some cases, angling bait subsidies lead to a substantial water quality degradation, which justifies the need to set up some groundbaiting

Les macroinvertébrés benthiques sont depuis toujours reconnus comme d’excellents outils de bio-évaluation de la qualité des eaux, que ce soit dans les milieux tropicaux que tempérés. L’objectif principal de cette thèse était de faire un état de lieu de la qualité des eaux de la région Ouest du Cameroun, sans cesse dégradée par des activités anthropiques diverses et multiples. En s’appuyant sur les communautés benthiques présentes et leurs préférences écologiques à l’échelle du mésohabitat, nous avons abouti à la construction d'un indice régional de bio-évaluation de la qualité écologique des cours d'eau. A partir des analyses multivariées, une biotypologie des cours d’eau a été dégagée au sein des stations échantillonnées, aboutissant à différents patrons de distribution avec d’une part les stations de référence et d’autre part les stations impactées, sur la base du niveau d’urbanisation et la nature des effluents dans les différents sous-bassins versants. Un indice multimétrique (IMMOC), mesurant l'écart à la référence, a pu être créé à partir de ces lots de stations. Parmi les 18 métriques candidates (transformées en Ratio de Qualité Écologique), nous avons sélectionné les métriques présentant une forte efficacité de discrimination et un faible coefficient de variation en condition de référence. L’indice le plus performant se compose de 2 métriques à savoir l’indice de Shannon et la métrique 1–GOLD. A partir d’un jeu de données test indépendant du jeu de données d’apprentissage, nous avons vérifié que l’IMMOC était stable en condition de référence et sensible à la gamme de pressions anthropiques présentes dans cette région, confirmant ainsi son caractère généraliste
Benthic macroinvertebrates have always been recognized as better tools for bio-assessment of the ecological quality of streams in both tropical and temperate areas. The main objective of this work was to evaluate the water quality of the Western region of Cameroon most degraded by various and multiple anthropogenic activities. From these communities of macroinvertebrates benthic and their ecological preferences at the mesohabitat scale, we resulted to the construction of a bio-assessment index of the ecological quality of streams adapted to this region. From multivariate analyzes, a stream biotypology into the sampled sites, allowed us to identify different distribution patterns, with on the one hand reference sites or non-impacted and the other hand, impacted sites based on the level of urbanization and the nature of the effluents in the different sub-watersheds. A multimetric index of biological quality (MMIWC), measuring the deviation from the reference, could be created, thanks to these two groups of stations. Among the 18 candidate metrics (transformed into Ecological Quality Ratio), we selected metrics with high discrimination efficiency and a low coefficient of variation in the reference conditions. The best performing index include two metrics derived to the taxonomic diversity (Shannon index) and taxonomic composition (1-GOLD). From a test dataset different to learning dataset, we were able to verify that MMIWC was stable in the reference conditions and sensitive to the full range of anthropogenic pressures present in this region, thus confirming its generalist character

Les microplastiques (MP) sont largement répandus dans les zones côtières et les océans du monde entier. Les MP sont préoccupants sur le plan environnemental en raison de leurs impacts potentiels sur un large éventail d’organismes marins, de sorte que l'évaluation de leur impact sur les écosystèmes est devenue une priorité de recherche. En complément, les substances phytosanitaires utilisées régulièrement en agriculture se déversent dans les milieux côtiers, par ruissellements. Ces travaux de thèse se sont focalisés sur (i) une étude exploratoire d’un site pilote des Pertuis Charentais (PC) afin d’évaluer l’importance de la contamination plastique et pouvoir évaluer leur toxicité sur (ii) les stades précoces et (iii) tardifs de développement de l’huître creuse, Crassostrea gigas. Ces travaux fournissent une première investigation de l’état de contamination plastique (macro et micro) d’un site d’étude littoral des PC, où la présence de plastiques ostréicoles ainsi que des concentrations élevées en MP dans les sédiments de plage ont été identifiés. De plus, les expérimentations menées en conditions de laboratoire contrôlées, nous informent sur le caractère toxique des MP de PE et des pesticides sur les stades précoces de développement (embryo-larvaire) de l’huitre creuse. Les pesticides dosés dans les eaux des PC ont montré des effets significatifs à des concentrations proches de l’environnement naturel alors que les MP s’avèrent toxiques pour des concentrations plus fortes. Ces effets apparaissent sur le développement, la croissance et le comportement natatoire des larves d’huitre creuse. Des expérimentations complémentaires, effectuées sur des stades plus tardifs, notamment les naissains d’huitre creuse, ont permis de montrer un comportement valvaire modifié suite à une exposition de 25 jours aux MP de type PE et au Chlortoluron, en conditions de laboratoire. Les effets intergénérationnels ont pu être observés avec l’utilisation de MP environnementaux (cocktail de PE, PP et PVC), vieillis aux abords des concessions ostréicoles. La qualité et le succès de fécondation ont été modifiés ainsi que le développement et le comportement de nage des larves-D issues de parents préalablement exposés durant deux mois. Ces premiers résultats permettront de renforcer les connaissances de la communauté scientifique et d’informer les professionnels et acteurs conchylicoles sur les risques des contaminants émergents, tels que les MP et les pesticides. Des adaptations des pratiques conchylicoles seront nécessaires afin d’éviter une probable dégradation de la qualité des eaux littorales dans les PC
Microplastics (MPs) are widely distributed in coastal areas and oceans around the world. MPs are of environmental concern due to their potential impacts on a wide range of marine organisms, so assessing their impact on ecosystems has become an urgent research priority. In addition, the phytosanitary substances regularly used in agriculture flow into coastal environments by runoff. This thesis focused on (i) an exploratory study of a pilot site in Pertuis Charentais (PC) in order to assess the extent of plastic contamination in order to be able to perform toxicity tests on (ii) the early and (iii) late stages of development in the Pacific oyster, Crassostrea gigas. This work provides a first investigation of the plastic contamination state (macro and micro) of a coastline PC pilot study site, where the presence of aquaculture plastics as well as significant concentrations of MPs in beach sediments, have been identified. In addition, the experiments carried out under controlled laboratory conditions, inform us about the toxic effects of PE-MPs and pesticides on the early stages of development (embryotoxicity). Pesticides dosed in PC seawater have shown significant effects at concentrations close to the natural environment, while MPs are toxic at higher concentrations. Effects on development, growth, and swimming behaviour are to be noted. Additional experiments were carried out on later stages in particular oyster spat showed altered valve behaviour following a 25-day exposure to PE-MPs and chlortoluron, under laboratory conditions. Intergenerational effects have been observed with the use of environmental MPs (cocktail of PE, PP and PVC), aged near oyster farms. The quality and success of fertilization was modified as well as the development and behaviour of D-larvae from parents exposed for two months. These initial results will help strengthen the knowledge of the scientific community and inform shellfish industry professionals and stakeholders on the risks of emerging contaminants, such as MPs and pesticides. Adaptations of shellfish farming practices will be necessary in order to avoid a probable deterioration in the quality of coastal waters in the PC

L'ubiquisme des diatomées et leur diversité taxonomique a favorisé l'utilisation croissante de ces algues pour l'évaluation des conditions environnementales en eaux douces. La contamination métallique qui affecte certains cours d'eau peut conduire à des modifications de la structure des communautés et de la morphologie des individus. Dans ces travaux, les caractéristiques des biofilms périphytiques ont été étudiées sur le terrain (bassin versant du Riou-Mort, Sud-Ouest de la France) et en conditions expérimentales. La présence de métaux (ici : cadmium, zinc) induit non seulement un remplacement des espèces sensibles (Cyclotella meneghiniana, Navicula gregaria, Navicula veneta) par des espèces plus tolérantes (notamment Eolimna minima), mais également une diminution de la taille de certains individus et / ou l'apparition d'anomalies morphologiques affectant de nombreuses espèces. Le rôle structurant d'autres facteurs abiotiques sur les communautés diatomiques a de plus été souligné, particulièrement celui de la présence de nutriments en concentrations élevées qui stimule la production de biomasse et modifie la structure des assemblages au profit d'espèces saprophiles. L'action protectrice de la matrice organique vis-à-vis des contaminants métalliques a également été confirmée au travers de ces travaux. La pertinence de l'utilisation des diatomées pour la bioindication des pollutions métalliques a été validée, et ces études fournissent une base à l'élaboration d'un indice diatomique de pollution métallique probable.

Nous présentons un outil logiciel qui permet de simuler une mission spatiale dans son intégralité. Ceci constitue une approche nouvelle en télédétection. Les concepteurs de missions et les scientifiques peuvent ainsi mieux appréhender la complexité toujours croissante des futures missions. Ce simulateur permet, bien avant le lancement de la mission, de considérer l'ensemble dit système, qui comprend évidemment le capteur, mais aussi les caractéristiques de l'orbite de la plate-forme qui l'emportera, ainsi que les algorithmes de traitement des données qui seront effectués au sol. Ce simulateur apporte une aide précieuse dans le cadre du dimensionnement et de l'analyse d'une mission spatiale ; il permet de comprendre comment la performance de tout ou partie du système contribue à la performance globale de la mission. La mission spatiale simulée dans le cadre de cette thèse est la mission du capteur MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) de l'Agence Spatiale Européenne, dont l'objectif principal est la mesure de la couleur de l'eau. Nous utilisons le simulateur pour évaluer la dynamique du signal en entrée du capteur, pour calculer la résolution radiométrique nécessaire au capteur pour satisfaire les objectifs de la mission et pour étudier la sensibilité du signal à de petites variations en attitude de la plateforme. Nous étudions ensuite l'influence de la qualité de la modélisation de l'état de la surface océanique sur la qualité de la mesure de la couleur de l'eau. Nous montrons que les incertitudes, liées à une modélisation trop imprécise des effets de surface et à une méconnaissance de la vitesse du vent, induisent des erreurs sur le signal marin pouvant être supérieures à la précision attendue par la mission.

L’estuaire de la Gironde est affecté par une pollution polymétallique historique, dont la contamination persistante en cadmium (Cd) empêche une reprise complète et le développement de la conchyliculture girondine, avec un risque potentiel pour le 1er site ostréicole français (Marennes-Oléron). D’autre part, le suivi de l’état de la qualité chimique des masses d’eau, mis en place par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) a déclassé en 2009 la masse d’eau « Gironde centrale » à cause de niveaux élevés en tributylétain (TBT), hautement toxique et interdit depuis plusieurs décennies, détecté dans l’estuaire de la Gironde.Ce travail se base sur 12 campagnes océanographiques comprenant un suivi temporel mensuel pendant l’année 2015 aux sites de surveillance DCE (PK52 et PK86), à PK 30 et 3 profils longitudinaux sur l’ensemble du gradient salin depuis Bordeaux jusqu’à l’embouchure. Les mesures in-situ et les échantillons visaient à caractériser l’état actuel de la qualité des eaux girondines pour Cd et butyl-étains dans le contexte historique de décontamination et de résilience du système fluvio-estuarien. Les résultats ont montré les plus faibles additions en Cd dissous (Cdd) dans le gradient salin depuis 2002, pour des conditions hydriques contrastées. Le développement de plusieurs méthodes de calcul a permis de montrer une diminution des flux nets de Cdd au cours des 30 dernières années d’un facteur ~10. Les concentrations en Cd particulaire (Cdp) présentent des valeurs de l’ordre de 0,45 ± 0,07 mg/kg ces 10 dernières années. Cette valeur est supérieure au bruit de fond géochimique de l’estuaire salin (0,2 mg/kg) suggérant la persistance d’un potentiel de contamination de la zone côtière par désorption. Des mesures ADCP à l’embouchure de l’estuaire couplées à des analyses géochimiques ont permis d’estimer quantitativement les flux nets en matières en suspension (MES) et Cdp pour des conditions hydrologiques extrêmes. La prise en compte de l’ensemble de résultats scientifiques (mesures et modélisation hydrosédimentaire) antérieures et l’analyse des évènements de crue et des coefficients de marée depuis 1990 ont permis de proposer un modèle conceptuel d’export de MES et Cdp en zone côtière. Le suivi mensuel sur l’année 2015 montre que l’estuaire de la Gironde reste déclassé en TBT avec deux valeurs ponctuelles supérieures à la NQE-CMA et avec des moyennes annuelles supérieures à la NQE-MA pour les PK30, PK52 et PK86. Les enregistrements longitudinaux des butylétains (TBT, dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)) dans les compartiments eaux, MES et sédiments de l’ensemble de l’estuaire de la Gironde ont permis de mettre en évidence plusieurs sources potentielles actuelles localisées au niveau de Bordeaux, du Bec d’Ambès, mais surtout au niveau de la masse d’eau aval
The Gironde Estuary is affected by historical multi-metal pollution. Persistent contamination by cadmium (Cd) prevents complete recovery of the Gironde oyster farming, and implies potential risks for the most important oyster farming areas in France (Marennes-Oléron). In addition, the water quality survey governed by the Water Framework Directive (WFD), has downgraded the "Central Gironde" water body in 2009 due to the presence of TBT, a highly toxic organo-metallic compound, on the list of priority substances and banned for several decades.This work relies on 12 oceanographic campaigns, including a monthly survey at the WFD monitoring sites (KP52 and KP86) in 2015 with additional sampling at KP30. Furthermore, 3 longitudinal profiles were carried out along the salinity gradient to characterize the current state of water quality in the Gironde Estuary for Cd and butyltin species, in a perspective of decontamination and resilience. The results showed the lowest dissolved Cd additions (Cdd) along the salinity gradient since 2002, for contrasting hydrological conditions. The development of several calculation methods has shown a decrease in net Cdd flows over the past 30 years by a factor of ~10. Particulate Cd (Cdp) concentrations were in the range of 0.45 ± 0.07 mg/kg during the past 10 years. This value is higher than the geochemical background of the saline Gironde Estuary (0.2 mg/kg) suggesting the persistence of potential contamination of the coastal zone by desorption. Physical and chemical measurements at the estuary mouth coupling ADCP with geochemical analyses have provided estimates of the suspended particulate matter (SPM) and Cdp fluxes, for extreme hydrological conditions. The set of previous scientific results (measurements and hydro-sedimentary modeling), the analysis of time-series of flood events and tidal coefficients since 1990, have been integrated into a conceptual model for the export of SPM and Cdp to the coastal zone. The 2015 monthly survey according to the WFD has produced two distinct values and annual average concentrations both exceeding the respective environmental quality thresholds showing that the Gironde Estuary remains downgraded with respect to TBT. Longitudinal records of butyltins (TBT, dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)) in water, SPM and sediment of the entire Gironde Estuary have pointed to several potential sources including urban discharges (from Bordeaux), industrial releases (Bec d’Ambès) and estuarine dredging activities (from downstream harbours)

La contamination simultanée des écosystèmes aquatiques par des polluants et des nutriments est un problème majeur dont les effets sur les macrophytes sont encore méconnus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les effets de deux types de polluants : herbicides et éléments trace métalliques (ETM), en combinaison avec des ressources variables (azote, phosphore, ou carbone) sur Myriophyllum spicatum, en utilisant des paramètres provenant de l'écologie chimique et de l'écotoxicologie. Les tests ont montré des effets contrastés des herbicides sur la plante, mais pas d'effet des ETM. Dans tous les cas, les modifications de ressources (nitrate, ratio N:P ou saccharose) ont induit des effets importants sur la physiologie et la stœchiométrie de la plante, pouvant altérer ses réponses à un stress supplémentaire comme les polluants. Ces résultats suggèrent qu'un déséquilibre des ressources en présence de polluants pourrait modifier leurs effets sur les macrophytes, et soulignent également la nécessité d'ajouter des paramètres plus informatifs dans les tests afin de répondre aux enjeux du stress multiple et améliorer l'évaluation du risque environnemental
Simultaneous contamination of aquatic ecosystems by pollutants and nutrients is a major problem whose effects on macrophytes are still unknown. The objective of this thesis was to study the effects of different pollutants, herbicides and trace metal elements (TME), in combination with varying resource availability (nitrogen, phosphorus, or carbon) on Myriophyllum spicatum, using parameters from chemical ecology and ecotoxicology. Tests showed contrasting effects of herbicides, but no effects of the TME. In all cases, resource modifications (nitrate, N:P ratio or sucrose) induced significant effects on the physiology and stoichiometry of the plant, which might alter its response to additional stress like pollutants. These results suggest that an imbalance of resources in the presence of pollutants may lead to unforeseen changes in the combined effects on macrophytes, and also highlight the need to add more informative parameters in tests to meet the challenges of multiple stress and improve environmental risk assessment

La présente recherche traite de l'influence des activités anthropiques sur les hydro-écosystèmes tropicaux. Elle a pour but d'évaluer l'impact de l'urbanisation sur les ressources en eau. Elle vise à améliorer notre connaissance des processus géochimiques et des transferts de matières en milieu urbain et périurbain. L'étude a été menée dans le bassin versant de la Mefou (840 km2, Afrique Centrale), affluent du fleuve Nyong. Ce bassin englobe toute l'aire urbaine et périurbaine de la ville de Yaoundé, capitale du Cameroun, peuplée d'environ 2,8 millions d'habitants, et classée deuxième grande métropole du pays. Les concentrations d'éléments majeurs et en trace dans la fraction dissoute, de carbone organique dissous et particulaire, et de métaux dans les matières en suspension ont été mesurées dans les eaux souterraines et les eaux d'écoulement depuis les têtes de bassin de la Mefou jusqu'au fleuve Nyong. Les résultats présentent les interactions entre eaux/roches/sol et les effets de l'urbanisation. La normalisation des concentrations à la Croute Continentale Supérieure (Upper Continental Crust, UCC) montre l'influence du socle rocheux granito-gneissique sur la composition des eaux souterraines et des eaux de surface du bassin versant de la Mefou. Il y a un enrichissement en alcalins (Na, K), alcalino-terreux (Ca, Mg), métaux de transition (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) et REEs (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Lu). L'enrichissement remarquable des eaux de surface en Eu s'explique par l'altération des plagioclases. La comparaison du bassin versant de la Mefou avec les sites de référence, le bassin versant de Nsimi (source et ruisseau du Mengong) et le fleuve Nyong suivis depuis plus de vingt ans dans le cadre du SNO MTROPICS, fait ressortir un très important enrichissement des eaux en éléments majeurs (Cl, SO4, NO3, Na, K, Ca, Mg). Les activités humaines entrainent une contamination des eaux par les nutriments et les métaux, et influencent la dynamique des processus tel que l'absence de complexation des métaux par la matière organique probablement due à l'absence ou la faible concentration en acides humiques et fulviques. Dans les eaux souterraines, Mn, Al, Ba, Zn, Fe sont les métaux de transition dominants et il est noté une contamination par les nitrates (942 ± 127 µmol/L) avec des concentrations supérieures à la norme fixée par l'Organisation Mondiale de la Santé (806 µmol/L), et dans une moindre mesure par certains métaux comme Al, Mn. Dans les eaux de surface, Fe, Mn, Ba, Al, Zn, Cu sont les éléments traces métalliques les plus importants. Cependant la concentration moyenne de Mn (4,1 ± 0,8 µmol/L) et la concentration maximale de Fe (267 µmol/L) sont supérieures aux normes recommandées (1,8 µmol/L and 35,8 µmol/L, respectivement). La pollution diminue progressivement du Mfoundi (affluent de la rivière Mefou, en ville) vers la rivière Mefou et le fleuve nyong. Ce processus d'auto-régulation naturelle est dû à la dilution, la sédimentation, la dégradation et l'adsorption des éléments dans les zones de bas fonds et dans le lit de la rivière occupé par les macrophytes dotés d'un rôle phytoremédiateur. [...]
This research addresses the influence of human activities on tropical hydro-ecosystems. Its purpose is to assess the impact of urbanization on water resources. It aims to improve our knowledge of geochemical processes and material transfers in urban and peri-urban areas. The study was conducted in the Mefou river basin (840 km2, Central Africa), a tributary of the Nyong River. This basin includes the entire urban and peri-urban area of the city of Yaoundé, the capital of Cameroon, with a population of about 2.8 million inhabitants, and classified as the country's second largest metropolis. Concentrations of major and trace elements in the dissolved fraction, dissolved and particulate organic carbon, and metals in suspended solids were measured in groundwater and runoff water from the Mefou basin heads to the Nyong River. The results present the interactions between water/rock/soil and the effects of urbanization. The normalization of concentrations with the Upper Continental Crust (UCC) shows the influence of the granito-gneissic bedrock on the composition of groundwater and surface water in the Mefou catchment area. There is an enrichment in alkalis (Na, K), alkaline earths (Ca, Mg), transition metals (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) and REEs (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Lu). The remarkable enrichment of surface waters in Eu is explained by the alteration of plagioclases. Comparison of the Mefou catchment area with the reference sites, the Nsimi catchment area (source and stream of the Mengong) and the Nyong River monitored for more than twenty years under the SNO MTROPICS, shows a very significant enrichment of the waters in major elements (Cl, SO4, NO3, Na, K, Ca, Mg). Human activities lead to water contamination by nutrients and metals, and influence the dynamics of processes such as the absence of metal complexation by organic matter, probably due to the absence or low concentration of humic and fulvic acids. In groundwater, Mn, Al, Ba, Zn, Zn, Fe are the dominant transition metals and nitrate contamination (942 ± 127 µmol/L) is noted with concentrations above the standard set by the World Health Organization (806 µmol/L), and to a lesser extent by some metals like Al, Mn. In surface waters, Fe, Mn, Ba, Al, Zn, Cu are the most important metallic trace elements. However, the average concentration of Mn (4.1 ± 0.8 µmol/L) and the maximum concentration of Fe (267 µmol/L) are higher than the recommended standards (1.8 µmol/L and 35.8 µmol/L, respectively). Pollution is gradually decreasing from Mfoundi (a tributary of the Mefou River in town) to the Mefou River and the Nyong River. This natural self-regulation process is due to the dilution, sedimentation, degradation and adsorption of elements in lowland areas and in the riverbed occupied by macrophytes with a phytoremediator role. Indeed, the large volumes of water from the other tributaries of the Mefou and Nyong rivers, which drain areas with little or no anthropisation, dilute the concentration of elements in the highly mineralised waters from the urban area. The flat relief downstream of the Mefou basin slows the flow of the river and favours the deposition of suspended particles loaded with pollutants. The roots of the macrophytes in this vast and highly developed swampy area trap the organic and mineral pollutants of the Mefou River and contribute to the decrease in their concentration in the river's water

Le maintien de la qualité des eaux de surface au sein des bassins versants est un enjeu pour la société et les écosystèmes. Ce maintien est en partie assuré par la régulation de la qualité de l'eau, encore trop peu étudiée. Comprendre cette régulation faciliterait la détermination de l'impact anthropique et des zones à préserver, en conséquence, une gestion de la ressource optimale. Si l'on considère les nitrates comme indicateur de la qualité de l'eau, ces derniers sont apportés en quantité importante par les activités agricoles, les rejets urbains et industriels. La régulation est assurée par les écosystèmes grâce à des processus naturels de production, de stockage et d'élimination. La régulation s'effectue à la fois dans les milieux terrestres et aquatiques, et dépend de facteurs de contrôle, tels que l'occupation du sol, l'hydrologie, la pédologie et la structure du paysage. Le recours à la modélisation couplée à de l'observation à la fois sur les milieux aquatiques et terrestres est ainsi incontournable pour caractériser et quantifier les fonctions de régulations des nitrates à différentes échelles d'organisation spatiale. Les objectifs de cette thèse sont: (1) de quantifier et de comprendre l'évolution spatiale et temporelle des fonctions écologiques liées à la régulation des nitrates au sein du réseau hydrographique et des sols des versants, (2) d'analyser les facteurs de contrôle s'exerçant sur ces fonctions, (3) de quantifier avec des relations " simples " les fonctions écologiques, (4) de quantifier ces fonctions écologiques à l'échelle du Sud-ouest européen dans un contexte de gestion du territoire. Deux échelles d'organisation spatiale ont été abordées : l'échelle de la masse d'eau au sens de la Directive Cadre sur l'Eau et l'échelle du système d'exploitation. La méthodologie a été développée sur la Garonne (50 000 km2) puis appliquée à l'échelle de tout le Sud-Ouest Européen (773 000 km2). Dans ce travail, nous avons exploité les données issues des agences de l'eau européennes mais aussi des données scientifiques issues de projets européens et d'études ponctuelles. Les résultats simulés à partir du modèle SWAT montrent que, dans le bassin versant de la Garonne, la production de nitrates est en moyenne de +1,62 gN.m-2.j-1 et l'élimination des nitrates est en moyenne égale à -1,77 gN.m-2.j-1 au sein des cours d'eau sur la période 2000-2010. Ces calculs intégrant l'anthropisation (villes, agriculture, barrages) sont obtenus à l'échelle mensuelle. L'élimination de nitrates est plus forte au printemps et en été dans les petits cours d'eau de plaines alluviales, tandis que la production est plus forte en aval des fleuves. Sur les versants du bassin, la production en nitrates est dominante dans les plaines alluviales tandis que la fonction d'élimination est dominante dans les forêts alluviales et les zones humides avec une composition élevée en matière organique (>2%). Par comparaison avec une cartographie naturelle, ces fonctions écologiques de régulation ont subi une perte de 76% au sein du bassin de la Garonne, due aux fortes pressions anthropiques notamment de changement d'occupation du sol. La dynamique spatio-temporelle de ses fonctions écologiques est contrôlée par la pente, le débit, les conditions hydrauliques et la concentration en nitrates dans les eaux de surface. À partir de ces facteurs de contrôle, des équations paramétriques modélisant l'élimination des nitrates dans les cours d'eau à l'échelle des masses d'eau ont pu être développées et validées sur le bassin versant de la Garonne. Les fonctions écologiques terrestres et aquatiques estimées à large échelle, celle du Sud-ouest européen, ont des variations spatiales et temporelles similaires à celles trouvées dans le bassin de la Garonne. Enfin, la valorisation des résultats de cette thèse a permis de nombreuses collaborations dans les domaines de l'hydrologie, de l'écologie et de l'économie et a fait l'objet de transferts de connaissances vers la société
Maintaining good surface water quality within watersheds is a crucial challenge for the society and the proper functioning of aquatic ecosystems. This maintaining is allowed by the water quality regulation service, which is still understudied. A better understanding of this service will help determining the human stressors and the potential protected areas designation. Consequently, this understanding will design an optimal management of the resource. If we take the case of nitrates in watercourses as an indicator of water quality, they are still currently brought in significant quantities from agricultural activities, urban and industrial effluents. The regulation service is provided by ecosystems through natural processes of production, storage and removal. Regulation takes place in both terrestrial and aquatic environments and depends on control factors such as land use and occupation, hydrology, pedology and landscape structure. The use of modelling coupled with observation is thus essential to characterize and quantify the nitrate regulation functions at different organization scales and was the subject of this work. The objectives of this thesis are: (1) quantifying and understanding the spatial and temporal evolution of the ecological functions related to nitrate regulation within the hydrographic network and its watershed area; (2) analyzing the influencing factors on these functions; (3) quantifying the ecological functions with "simple" relationships in order to avoid "complex" modelling; (4) quantifying these ecological functions on the scale of Southwestern Europe in a context of land management and global change. Two scales of spatial organization were addressed: the scale of the water body in the sense of the Water Framework Directive and the scale of the operating system. The methodology was first developed on the Garonne River (50,000 km2) and then applied on the scale of the whole Southwestern Europe (773,000 km2). In this work, we used data from the water agencies throughout Europe, but also scientific data from European projects and specific studies. The results simulated from the SWAT model show that, in the Garonne watershed, nitrate production is on average equal to +1.62 gN.m-2.d-1 and nitrate removal is on average equal to - 1.77 gN.m-2.d-1 within the rivers over the period 2000-2010. These calculations were obtained from modelling on a monthly scale integrating anthropogenic pressures (cities, agriculture, dams). Nitrate removal is more significant during spring and summer in small rivers of alluvial plains, while production is more substantial downstream of large rivers. In the lands, nitrate production in soils is dominant in floodplains, while the in-land removal function is dominant in floodplain forests and wetland areas with high organic matter composition (>2%). These in-stream and in-land ecological functions are landscape-dependent. By comparing with natural maps, the in-land ecological functions have suffered a 76% loss due to strong human stressors in the Garonne watershed. The spatiotemporal dynamics of these in-stream and in-land ecological functions are controlled by the slope, the streamflow, the hydraulic conditions and the nitrate concentration in the surface waters. Based on these control factors, parametric equations modeling in-stream nitrate removal have been developed and validated on the Garonne watershed. The in-stream and in-land ecological functions estimated on a large scale, the scale of Southwestern Europe, have spatial and temporal variations similar to those found in the Garonne watershed and depend on landscape features and anthropogenic influence. Finally, the results of this thesis had been valorized thanks to many collaborations in the hydrological, ecological and economical fields and had been the subject of knowledge transfer to society

L’utilisation des plantes aquatiques comme indicateurs de la qualité des eaux de rivière a débuté dès le XXème siècle. Parmi les macrophytes utilisés, le myriophylle à fleurs alternes, Myriophyllum alterniflorum a démontré dans plusieurs études sa capacité bioaccumulatrice des métaux et son intérêt en tant que bioindicatrice de qualité de l’eau. L’objectif de cette étude est d’identifier chez cette espèce des biomarqueurs sensibles pour la détection précoce de pollution d’une rivière par un métal, le cuivre et un métalloïde, l’arsenic. Pour atteindre cet objectif, un milieu synthétique dont la composition est représentative de la qualité des eaux de la rivière Vienne, a été préparé (milieu Vienne). Une fois les conditions opératoires maîtrisées, le développement du macrophyte est suivi dans trois milieux : un milieu témoin, un milieu contaminé en cuivre et un autre en arsenic avec des concentrations d’exposition au polluant de 100 µg/L pendant 21 jours. Durant cette période, des biomarqueurs physiologiques (activités respiratoires et photosynthétiques, potentiel osmotique), biochimiques (les concentrations en chlorophylle a, b et en caroténoïdes, les teneurs en malondialdéhyde, les phytochélatines) ont été analysés. Ces suivis ont été réalisés en système fermé dans des boites de culture de 400mL in vitro en tenant compte de la trophie du milieu (condition eutrophe et oligotrophe), puis en système recirculé dans des aquariums de 150 L, toujours dans le milieu Vienne, mais cette fois en se plaçant dans différentes conditions hydrodynamiques (zones turbulente, laminaire à une vitesse de 3 cm/s et calme)
Alternate watermilfoil, Myriophyllum alterniflorum is an aquatic macrophyte presented in the rivers of the Limousin region in France whose potential for bioindication of metal pollution has been demonstrated. The objective of this study is to identify in this species sensitive biomarkers for the early detection of pollution in a river by a metal copper, and a metalloid, arsenic. To achieve this goal, a synthetic medium whose composition is representative of the water quality of the river Vienne, was prepared (Vienne medium). The composition of the medium studied is verified by ICP-MS and ion chromatography (IC). The development of the macrophyte was followed in a control medium, a copper contaminated medium and another contaminated with arsenic at a concentration of 100 µg/L for 21 days. During this period, the respiratory and photosynthetic activities of Myriophyllum alterniflorum, the concentrations of chlorophyll a, b and carotenoids, levels of malondialdehyde, osmotic potential, and phytochelatins were recorded. This monitoring has been made in a closed system (400mL culture boxes) taking into account the trophy of the medium (eutrophic and oligotrophic conditions), and then in a recirculating system (aquariums of 150 L) taking into account the hydrodynamic conditions (turbulent, laminar and quiet areas)

La production de plastique est en augmentation continue pour répondre à la forte demande mondiale. Cette production massive est la source d'importantes quantités de plastiques que l'on retrouve dans les milieux aquatiques. Parmi ces plastiques, les microplastiques (MP) (particules microscopiques d’une taille < 5 mm) se retrouvent dans l’eau, les sédiments et sont susceptibles d’être ingérés par divers organismes marins. Cette thèse se focalise sur (1) l’évaluation des sources et des apports de microplastiques au milieu aquatique et de leur présence dans les organismes, et (2) de tester la faisabilité d’utiliser des organismes vivants pour la surveillance de la pollution de l’environnement par les microplastiques. Deux zones côtières affectées par des pressions anthropogéniques ont été étudiées : Le Havre et le littoral libanais. Dans le premier cas, le rôle d’une station de traitement des eaux usées (STEP) et d’une décharge côtière dans l’introduction des microplastiques dans l’environnement a été étudié. Les MPs ont d’abord été analysés dans l'influent, la boue et l’effluent de la STEP. Leur devenir a été suivi selon un gradient de distance de la STEP au niveau de trois matrices : eau de surface, sédiments et moules sauvages (Mytilus spp.). Les MPs ont été trouvés au niveau de toutes les matrices avec une concentration qui diminue en s’éloignant de l’effluent. Des taux de microplastiques élevés (plus élevés que ceux trouvés à côté de la STEP) ont été observés à proximité de la décharge côtière, suggérant son rôle important comme voie d’entrée des MPs dans les eaux côtières. Le long de la côte libanaise, nous avons évalué pour la première fois la pollution par les MPs dans l'eau de mer, les sédiments et dans deux espèces marines importantes en terme de consommation humaine (un poisson pélagique: Engraulis encrasicolus et un bivalve: Spondylus spinosus). Les résultats ont montré différents patterns de concentration des MPs dans les matrices analysées. La présence de MPs dans les organismes était élevée (83.4% et 86.3% dans les anchois et les huîtres, respectivement). Ces résultats ont mis en évidence la pollution élevée liée aux MPs au niveau du bassin Levantin par rapport aux autres régions de la Méditerranée occidentale. De plus, les résultats obtenus indiquent une contribution potentielle des décharges côtières à cette pollution. Le plus souvent, les études sur les microplastiques impliquent l'échantillonnage d’organismes indigènes. Au cours de cette thèse, nous avons testé la faisabilité d'utiliser des organismes transplantés (encagement) pour évaluer la pollution par les microplastiques dans l'environnement marin côtier. Nous avons mis au point des expériences d'encagement avec des juvéniles de flets, Platichthys flesus, en estuaires et des moules bleues, Mytilus edulis, en zone côtière. Pour chaque espèce, l'abondance et les caractéristiques (forme, taille, couleur et type de polymères) des MPs ingérés par les individus encagés ont été comparées avec les MPs ingérés par des individus sauvages capturés sur le même site et avec ceux trouvés dans leur environnement (eaux de surface et sédiments). Nos résultats suggèrent que la technique d'encagement d'organismes peut constituer un outil prometteur pour la biosurveillance des MPs la rendant plus fiable et permettant une étude précise des effets biologiques des MPs sur une période d'exposition prédéterminée
Plastic fabrication is increasing worldwide in response to daily human demands. This mass production is linked to the immense plastic marine litter found all around the world: each synthetic material is meant to find its way back into the aquatic systems. Anthropogenic pressure and the immense human population, the lack of appropriate plastic treatment process and the growing industrial activities advocate their presence in the aquatic environments. These plastics are then found in the form of microplastics (microscopic particle with a size < 5 mm) observed in the water, in the sediments and are prone to be ingested by various marine organisms along the trophic chain. This thesis focuses on (1) assessing microplastics sources and input into the aquatic environment and their occurrence in biota, and (2) to test the feasibility of using transplanted organisms (caging) for monitoring microplastics pollution in the marine coastal environment. Two coastal areas highly impacted by anthropogenic pressures were studied: Le Havre in France and the Lebanese coast. For the former, the role of a municipal wastewater treatment plant (WWTP) effluent and an abandoned coastal landfill as pathways for microplastics (MPs) input into the marine environment was assessed. MPs were first analyzed in raw sewage influent, sludge and effluent samples, and their fate was studied along a distance gradient from the WWTP in three matrices: surface water, sediments and wild mussels (Mytilus spp). MPs were found in all matrices with a decreasing abundance from the effluent. Strong MPs abundances (higher than those found near the WWTP effluent) were observed in the vicinity of the coastal landfill suggesting its importance as a MPs entry route into the marine coastal environment. Whereas for the Lebanese coast, we evaluated for the first time the MPs pollution in the seawater, sediments and two important seafood species (one pelagic fish: Engraulis encrasicolus and one bivalve: Spondylus spinosus). Results showed different patterns of MPs concentration in the analyzed matrices. The occurrence of MPs in the biota was high (83.4% and 86.3% in anchovies and spiny oysters, respectively). These results highlighted the high MPs pollution found in the Levantine Basin in comparison to other Western Mediterranean regions. In addition, the obtained results indicate the potential contribution of coastal landfills to this pollution. Most often microplastics studies involve collection of organisms’ samples from natural populations. In this thesis, we tested the feasibility of using transplanted organisms (caging) for monitoring microplastics’ pollution in the marine coastal environment. We developed caging experiments with juvenile European Flounder, Platichthys flesus, in estuarine nursery grounds and blue mussels, Mytilus edulis, in coastal marine environment. For each species, the abundance and characteristics (shape, size, color and type of polymers) of MPs ingested by caged individuals are compared with those ingested by wild individuals collected at the same site and with those found in their surrounding environment (surface water and sediments). Our results suggest that transplanted organisms (caging) may be a promising tool for MPs biomonitoring making monitoring more reliable with an accurate assessment of the biological effects of MPs over a predetermined exposure period

L'estuaire de la Gironde est le plus grand estuaire macrotidal d'Europe formé par la confluence de la Garonne (où se situe l'agglomération de Bordeaux) et de la Dordogne. L'une de ses principales caractéristiques est la présence d'une zone à forte turbidité (bouchon vaseux) où les processus hétérotrophes (dégradation de la matière organique) sont favorisés et où au contraire les processus autotrophes (production primaire) sont limités par le manque de lumière. Ainsi, des déficits en oxygène pouvant être préjudiciables à la vie aquatique se développent systématiquement dans la zone du bouchon vaseux de la Garonne estuarienne. Ces préoccupations environnementales ont donc conduit à étudier en détail dans le cadre de ce travail de doctorat, les facteurs environnementaux qui provoquent ces hypoxies estuariennes. Dans un premier temps, j'ai réalisé un suivi sur le réseau d'eaux urbaines partiellement séparatif et unitaire de la Communauté Urbaine de Bordeaux, de ses stations d'épurations et déversoirs d'orage afin d'appréhender les apports urbains de matières organique et azotées et de les comparer à ceux en provenance du bassin versant amont. Bien que les deux stations d'épuration réalisent des abattements très significatifs sur la matière organique et l'ammonium, il s'avère que les flux vers le milieu naturel restent importants, notamment durant les périodes estivales, pendant lesquelles des orages peuvent engendrer des déversements d'effluents non traités. Ensuite, des expériences d'incubations ont permis de mettre en évidence le caractère fortement labile de cette matière organique urbaine. Le carbone organique dissous et l'ammonium, contenus dans les eaux usées, sont des composés fortement consommateurs en oxygène. Des expériences de respirométrie ont également permis d'estimer les taux de consommation en oxygène nettement plus importants dans les effluents urbains que dans les eaux de la Gironde. Enfin, l'analyse des données du réseau de mesures en continu de la qualité physico-chimique des eaux MAGEST (MArel Gironde ESTuaire) a démontré que l'estuaire subit dans sa section garonnaise des périodes d'hypoxie lors d'étiages prononcés, la masse d'eau la plus affectée par ces désoxygénations étant celle qui oscille aux alentours de l'agglomération de Bordeaux. Si ces résultats démontrent l'impact significatif de l'agglomération Bordelaise, le traitement statistique des données MAGEST pour la période 2005-2011 montre que les phénomènes de désoxygénation sont accrus en période d'étiage prononcé, en présence du bouchon vaseux et lorsque la température de l'eau est élevée. Dans ces conditions, l'oxygène dissous, déjà présent en faible quantité, peut être rapidement consommé lors d'apports supplémentaires d'eaux urbaines non traitées qui ont lieu pendant de fortes précipitations orageuses. Ce travail démontre également que le type de traitement biologique des eaux usées employé par les stations d'épuration et les capacités de stockage temporaire d'eaux d'orages ont un rôle critique sur les bilans de ces composés rejetés dans le milieu naturel. Enfin, ce travail permet de proposer aux gestionnaires des stratégies de rejets des effluents à court et moyen terme, en fonction des conditions hydrologiques et physico-chimiques du milieu, dans le but de limiter leur impact sur l'oxygénation des eaux estuariennes de la Garonne.